机载视轴稳定跟踪伺服系统

介绍了一个已经开发的机载红外成像 CCD阵列传感器的视轴稳定跟踪伺服系统 ;给出了该系统的结构和工作原理、设计和实现 ,以及性能和试验结果 ;指出应用的方向。

一种移动平台红外搜索跟踪系统的稳定控制方法

基于移动平台的红外搜索跟踪系统已成为新一代光电搜索跟踪系统的主流趋势,小型化和轻量化是其高机动性的保证。载体运动姿态变化耦合的角速度扰动和系统内部力矩干扰将对其搭载的光电载荷视轴稳定控制带来严峻挑战,基于多轴多框架和高精度陀螺反馈控制相结合的传统视轴稳定方法已无法适用。本文针对两轴两框架移动平台红外搜索跟踪系统的光电载荷视轴稳定控制,提出了基于平方PI和Luenberger扰动观测前馈的双速度闭环同阶串级控制方法。仿真和实验表明,相对于传统的单陀螺闭环和双速度闭环稳定控制方法,该稳定控制方法有效提升了载体运动低频扰动下的视轴稳定精度。1°/1 Hz扰动下,仿真稳定精度达到2.7817μrad,实验稳定精度达到35.85μrad。1°/2 Hz扰动下,仿真稳定精度达到38.199μrad,实验稳定精度达到119.1μrad。最终,利用本文提出的稳定控制方法,两轴两框架移动平台红外搜索跟踪系统有效克服了行进间载体运动姿态变化耦合的低频角速度扰动,实现了高平稳高动态的光电载荷视轴指向控制性能。

某伺服跟踪系统的机械结构设计和仿真

针对现有伺服系统对快速目标的跟踪性能和稳定性存在的问题,设计了一种能够快速稳定跟踪伺服系统的机械结构。采用模块化独立功能和扩展能力设计伺服系统时,各结构件均留有足够的强度裕度,保证了伺服系统在过载或非正常运行时的结构强度和稳定性。同时,系统结构还设置有锁紧、限位、开关等多种保护措施。仿真结果、产品实测和外场试验表明,该快速稳定跟踪伺服系统可以对目标进行快速、稳定跟踪。

车载光电稳定跟踪平台自抗扰伺服系统设计

为了提高光电稳定跟踪平台伺服性能,针对车载光电稳定平台的扰动特点,依据自抗扰控制算法的分离特性,提出一种含有积分补偿项的自抗扰控制伺服系统,系统对指令信号安排过渡过程,即采用最速控制方案。实际摇摆测试结果表明:设计的自抗扰控制伺服系统既保证了车载光电稳定平台稳定误差为0.129mil(1σ),又提高了平台的自动跟踪性能,是一种可应用在稳定跟踪平台系统中的理想控制器。

运动光电成像跟踪系统视轴稳定伺服控制设计研究

在对运动光电成像跟踪系统瞄准线视轴稳定单速度环伺服控制结构分析的基础上,提出一种由速度内环和稳定外环组成的串级伺服控制结构,其中速度内环和稳定外环分别由直流测速机和速率陀螺构成闭环反馈.内环调节器采用由模拟硬件实现的有源PI校正,稳定外环采用积分自调整PID复合控制策略.理论分析表明该方法能够将系统抗摩擦力矩干扰和隔离载体扰动功能由内、外速度环分开实现,系统抗干扰性、参数变化敏感性等较单环控制有较大提高.在稳定跟踪模拟转台上的仿真及测试实验显示基于DSP实现的串级控制能够更有效地隔离系统中各种扰动影响,控制性能优于单速度环控制,验证了所采用控制方式的有效性.

低速摩擦伺服系统的近似有限时间稳定跟踪控制

针对系统状态不可测且存在不确定性的低速摩擦伺服系统,研究其有限时间稳定跟踪控制问题,提出一种具有动态主动补偿特性的非线性反馈控制方法,使低速摩擦伺服系统近似实现有限时间稳定跟踪。同时,为了解决跟踪系统部分状态未知及不确定性问题,设计了扩张状态观测器。仿真结果验证了该控制方法及扩张状态观测器的有效性。

光电跟踪伺服系统建模及稳定性研究

为了解决传统控制器的光电跟踪伺服系统存在的抗干扰性低以及稳定性差的缺陷,对光电跟踪伺服系统建模及稳定性进行研究,提出基于神经网络的光电跟踪伺服系统。分析了光电跟踪伺服系统的直流力矩电机建模、脉冲宽度调制功率放大器建模以及测速电机、测角装置传递函数、速率陀螺传递函数的塑造过程,实现总体光电跟踪伺服系统的建模。采用神经网络控制器对光电跟踪伺服系统实施稳定性分析。实验结果说明,该系统具有较高的稳定性,可对加速运动目标进行快速响应和稳定跟踪控制。

模糊控制算法在光电跟踪伺服系统中的应用

针对光电跟踪伺服系统提出了一种新的控制算法。该算法将模糊控制与经典滞后超前控制结合起来,在保持原有系统精度的前提下,使光电跟踪伺服系统的动态性能得到了极大的改善。仿真结果表明,采用该算法后系统的 ts<0.1s, σ=0。采用经典的描述函数法对模糊控制系统进行了稳定性分析,说明系统是稳定的。

光电跟踪伺服系统的二重抑制扰动方法

为提高运动载体上光电跟踪伺服系统的抑制扰动能力,在反馈型扰动观测器基础上提出二重抑制扰动方法。研究了二重抑制扰动的回路结构、输入输出关系以及执行机构饱和情况下的回路输出特性。应用于光电跟踪伺服系统,可提高载体运动情况下的视轴稳定精度。仿真结果表明,在载体做4°/s,频率12rad/s的正弦信号运动情况下视轴稳定精度小于0.02°,比反馈型扰动观测器提高1倍。

中凸变椭圆活塞直线伺服系统的变增益零相位误差跟踪滑模控制

针对中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统,提出了变增益零相位误差跟踪—滑模控制这一新型控制策略,以提高系统的跟踪性能和抗扰性能。它结合了变增益零相位误差跟踪控制器的理想跟踪特性与滑模控制器的抗扰动能力的优点,并采用扰动观测器对负载扰动进行估计和补偿,从而保证了中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统的快速稳定性。仿真结果表明,采用这种控制策略可以十分有效地减小中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统的跟踪误差。

舰载光电跟踪设备视轴稳定分析

舰船摇摆影响舰载光电跟踪设备的精度,视轴稳定是提高武器精度的关键,故采用坐标变换技术,在跟踪设备的方位和俯仰轴上对船摇姿态角进行实时补偿。视轴稳定控制主要是船摇前馈控制、速率陀螺反馈控制、复合控制。通过数学推导,由舰船摇摆引起的视轴附加角速度公式。设计了一种能够较好解决船摇隔离问题的伺服控制系统。该系统用测速机构成闭环,作速度反馈,编码器作位置反馈,速率陀螺测量并前馈舰船摇速度信号。给出了前馈回路设计及用SIMULINK进行的仿真框图。该系统精度高,隔离效果好。

光电稳定跟踪装置的控制系统设计

给出了一类光电稳定跟踪装置的框架伺服控制方案,重点研究了速率稳定环的设计过程,使用dSPACE半实物仿真系统进行了速率回路开环特性的模型辨识和高阶滞后超前控制器设计,对于数字化频率特性测试时产生的相位滞后现象进行了理论推导,并提出了相位补偿公式。对于经典控制器可能遇到的精度不足的问题,介绍了相应的非线性补偿方法。针对伺服系统的位置跟踪环和速度稳定环在频域存在的耦合现象,深入分析了产生频域耦合的原因和相应的解耦设计方法,提出了此类系统位置跟踪环和速度稳定环的理想设计模型。在此基础上讨论了姿态干扰隔离度的概念,推导了隔离度的计算公式。对系统工作过程中可能遇到的5种典型情况进行了仿真试验,仿真结果验证了有关概念的正确性。

动载体光电成像系统视轴稳定精度研究

载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响。分析载体扰动的特点及产生的原因,主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响。在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求,指出对于探测器限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内,或将像移控制在一个探测单元尺寸内,对于衍射限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内,得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上,根据实际功能需求进行确定的结论。最后通过实例验证了上述结果。

自适应模糊PID控制器在跟踪器瞄准线稳定系统中的应用

针对陀螺惯性平台上的跟踪器瞄准线稳定系统中非线性不确定因素对稳定精度的影响,设计了一种自适应模糊PID复合控制策略.提出了改进的自适应调整因子和学习算法进行控制参数和规则的在线修正;采用PID控制克服模糊控制固有的精度盲区.实验结果表明该方法在一定测量噪声和速度敏感范围内,能有效地隔离载体扰动,保证跟踪器对目标的准确瞄准,具有动态响应快、稳定精度高、自适应抗干扰鲁棒性强等特点.

模糊PID控制在ATP伺服系统中的应用

针对空间光通信ATP伺服系统采用一种模糊PID参数自整定的控制方法,结合模糊控制与常规PID控制的优点,讨论了模糊PID参数自整定控制器的设计方法。利用MATLAB中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真实验,并与传统PID控制系统进行比较。仿真结果表明,该控制方法明显优于传统PID控制,并能使ATP系统的视轴稳定性得到提高。

舰载视轴稳定系统的变结构控制研究

为了消除舰船摇摆对舰载光电跟踪设备稳定精度的影响,提高系统视轴稳定性能,根据舰船摇摆对视轴偏差影响的随机性,在描述视轴稳定回路的基础上,设计视轴稳定滑模变结构控制器,并引入约束条件,以减弱系统抖振。利用AR序列预测估计方法,实现视轴偏差预测估计,完成视轴稳定滑模变结构控制律的求取,并利用matlab仿真软件,对视轴稳定滑模变结构控制律进行数字计算。仿真结果表明,该控制方法能有效地消除了陀螺测量随机噪声带来的影响,减弱了系统抖振,对舰载视轴稳定有良好的性能。

光电着舰测量设备甲板捷联式视轴稳定系统设计

提出了一种基于组合惯导平台与甲板直接捷联视轴稳定控制系统方案,对系统结构进行了的描述,对控制系统进行了建模分析,并给出了仿真和试验结果,验证了该方案对惯性系扰动的良好抑制效果.

速度滞后补偿参数对光电伺服系统的影响分析

速度滞后补偿是一种提高光电伺服系统跟踪精度的有效方法.本文阐述了该方法的基本原理,论证了该方法不改变系统带宽的原因,并用数学方法分析了速度滞后补偿参数对伺服系统稳定性及跟踪精度的影响,指出增大比例系数或减小滤波系数都会提高系统的跟踪精度,但两者都会降低系统稳定性.同时给出了选择补偿参数的方法.通过仿真及试验验证了文中的结论.

多环架视轴稳定跟踪结构的运动学分析

根据视轴稳定跟踪的运动学原理,分析多环架结构的运动特点,指出结构形式的选择依据。采用PIOGRAM图方法,对两轴、三环两轴以及四环两轴结构分别进行讨论,通过角度和角速度的变换关系对环架自锁、跟踪盲区等现象作了运动学阐述,最终得出了各自适用的载体以及目标运动环境。该研究方法同样适用于其他多轴结构,对多环架结构的几何误差分析等也具有参考价值。

开关磁阻电机伺服系统的L_2增益鲁棒控制方法

通过对开关磁阻电机非线性特性分析,提出了开关磁阻电机(SRM)伺服系统L2鲁棒控制器设计方法。建立速度误差动态方程,结合L2鲁棒控制器理论,通过L2控制器的设计解决了SRM的负载扰动和转速跟踪问题。设计存储函数证明L2控制器实现了扰动抑制和渐进稳定。仿真结果表明,该控制器能够保证系统达到很好的扰动抑制和转速跟踪效果。