时滞光电跟踪系统鲁棒内模PID控制器设计

针对时滞光电跟踪提出了一种内模PID(IMC-PID)控制器设计与参数整定的解析方法.首先建立了系统的一阶时滞积分(FODI)模型,并用二阶加时滞(SOPDT)模型进行逼近,然后利用一阶Taylor表达式代替系统模型中的时滞项,导出了控制器参数的整定规则.特别是为了保证系统的鲁棒性,可以根据最大灵敏度解析计算内模PID控制器的可调参数λ_n.仿真结果表明,与常规方法相比,所提方法不仅提供了较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性.另外,实验结果也证实了该方法能够提高系统跟踪性能和跟踪精度.     

星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计

设计了星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统,它包括补偿校正环节、驱动功放环节、以光学望远镜和跟踪架为被控制对象的机械操作环节以及视轴稳定回路。选择直流力矩电机作为跟踪架驱动元件,以提高系统的跟踪精度。利用 Matlab 进行系统特性仿真的结果表明,设计的系统相角裕度为 69°,幅值裕度为 35.8dB,截止频率为 10rad/s,调节时间为 0.7s,具有良好的跟踪性能,达到了预期的要求。     

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。     

数字化光电跟踪伺服系统定位极限环的抑制

数字光电跟踪系统定位时将产生自振荡,在相平面下可描述为极限环。自振荡对定位精度影响较大,因此必须对其进行抑制。针对实际的数字光电跟踪伺服系统,提出一种描述方法,即用等效间隙非线性来描述其定位时非线性特性,且该间隙主要由光电传感器的滞后效应和伺服系统的摩擦死区引起。理论分析表明,双极PWM功率放大器的零点振颤特性可以抑制伺服系统的定位极限环。实验也证明,通过软件补偿以及PWM驱动模式设计来改善光电跟踪系统定位精度是可行的,定位精度由1.77提高到了22.23,大大抑制了定位非线性特性。     

三轴光电跟踪系统的实时引导

三轴光电跟踪系统是地平式和X-Y式光电跟踪系统的有机组合,可以全方位跟踪空间运动目标,跟踪系统测量值与空间位置的多对一特性决定了跟踪策略的多样性和系统引导的复杂性,跟踪过程中对系统进行实时引导可以提高系统的跟踪精度及其可靠性。各种跟踪策略下三轴光电跟踪系统的引导过程包括:地平式的引导、X-Y式的引导、具视轴偏角的地平式引导、三轴光电跟踪系统的引导等。通过理论分析,给出了各种情况下的引导方法。     

FTASMC在光电跟踪系统中的应用

针对存在多种扰动源的光电跟踪系统,提出有限时间自适应滑模复合控制(finite time adaptive sliding mode compound control,FTASMC)策略。首先,将各类扰动看做等效干扰,设计基于super-twisting的高阶滑模干扰补偿器对其进行快速的估计补偿;其次,为提高控制精度,提出一种新的双幂次自适应滑模控制（double power adaptive sliding mode controller,DASMC）策略,在控制器设计过程中,采用双幂次理论结合终端滑模控制理论设计一种新型滑模面,并通过设计一种新型自适应快速滑模趋近律,得到能够保证系统在有限时间内全局快速收敛的控制率。最后,使用Lyapunov理论及实验仿真证明所提出的控制策略有效。     

直流电动机在高精度光电跟踪系统中的应用

高精度光电跟踪系统用以完成对模拟动态目标的准确跟踪 ,要求跟踪元件响应快、动态性能好、精度高 ,因此跟踪元件的性能直接影响系统的跟踪特性和精度。直流力矩电机的优点是调速性能好 ,启动转矩大。正是这一特点 ,在高精度光电跟踪系统中尝试使用直流力矩电机控制反射镜跟踪目标。高精度光电跟踪系统要求在一个较大的视场内实现对静态目标和动态目标的高精度快速跟踪。     

模糊PID控制在光电跟踪控制系统中的应用

频率特性法和PID控制是光电跟踪控制系统中普遍采用的方法,对于稳态过程它们具有良好的控制性能,但对控制环境以及目标状态发生较大变化时却无法处理。介绍一种既能改善控制系统的过渡过程、减小超调量,又能保证系统跟踪精度的模糊PID控制算法,并给出了相应的实验数据。实验结果表明,模糊PID控制可显著改善控制系统对高速动态目标的捕获跟踪能力,提高跟踪精度,增强系统的鲁棒性。     

视轴偏角对三轴光电跟踪系统跟踪过程的影响

地平式、X-Y式光电跟踪系统存在空间跟踪盲区。三轴光电跟踪系统通过跟踪方式切换可以解决空间跟踪盲区问题,但视轴偏角使得脱靶量到轴转动量的转换不同于常规地平式跟踪系统,同时使系统具有不可见区域。分析和仿真表明:视轴偏角较小时,脱靶量与轴驱动量的转换可用常规地平式跟踪系统中的方法近似,否则,需用不同的计算方法;在三轴跟踪系统退化成的地平式跟踪系统的天顶跟踪盲区外即可进行跟踪方式切换。     

基于误差的观测器在光电跟踪系统中的应用

对于光电跟踪系统来说,图像传感器例如电荷耦合器件(CCD)只能够探测脱靶量即偏差信息,而无法得到目标运动轨迹,所以,大多数情况下在目标跟踪回路不能直接实现前馈控制,这限制了系统的闭环跟踪性能。本文采用了一种基于误差观测器的等效前馈控制方法来提高运动平台光电跟踪系统的跟踪性能。该方法是在原有的反馈控制回路的基础上加入一个观测前馈通路,通过优化前馈滤波器提高闭环性能。由于是基于最终的视觉误差的观测,该方法对目标跟踪和扰动抑制同时起作用,既可以应用到地基跟踪也可以应用于运动平台上。前馈滤波器没有采用简单的一阶低通滤波器而是选择Q₃₁滤波器。仿真和实验表明,与传统控制方法相比,这种基于误差观测器的控制方法能够有效提高系统的低频跟踪性能。

     

方位角准确预测法在光电跟踪中的应用研究

本文通过基于卡尔曼滤波和一步预测理论建立适当的数学模型,提出了一种应用于舰载光电跟踪设备的拟线性目标方位预测算法,并对不同的运动目标的进行了仿真计算。结果表明该方法有较高的精度,能预测出光电跟踪设备在丢失目标情况下的目标航迹,可满足其在炮振丢失目标情况下的预测要求。     

动态高型控制方法在电视跟踪系统中的应用

为了提高电视跟踪系统的跟踪精度,提出了在不改变原有控制系统参数的基础上,根据系统的跟踪误差,在平稳跟踪阶段动态地并入积分环节,并且在跟踪误差较小时不去掉积分环节,从而构成高型系统的控制方法。实验表明,当积分增益K=2时,系统的最大跟踪误差为170';当积分增益K= 4时,系统的最大跟踪误差为93'。     

卡尔曼滤波器在机载跟踪伺服系统中的应用

本文介绍卡尔曼滤波器在机载成象/跟踪伺服系统中的应用,重点放在控制算法及其实现上。文中指出,这种跟踪滤波器能够在一个采样周期内消除误差,因此,提高了控制带宽,跟踪瞄准误差的限度由滤波器预测误差所决定;整个带宽可以调整;对目标机动性适应能力好;计算要求适度,易于实现。最后给出采用高速数字处理器(TMS320)实现的设计。     

太阳能最大功率点跟踪的航模电调设计

根据太阳能光伏输出特性,采用最小二分法实现最大功率点跟踪(MPPT),对于提高太阳能电池的输出功率及太阳能的利用率,特别是在控制电机等感性负载上,意义重大.在航模飞机上,太阳能飞机的飞行受太阳能板输出功率的直接影响,而航模飞机的电调采用中颖公司的SH79F168作为主芯片,太阳能最大功率输出也需要芯片控制太阳能板的输出电压,此设计的目的就是把两者合二为一,以节省空间并提高效能.     

电影经纬仪外转台随动系统的改造

针对电影经纬仪外转台随动系统存在的问题,提出了一种采用复合控制、全数字 PID 控制和 CPLD 技术相结合来对其进行改造的方法。引入方位速度构成外转台复合控制提高随动精度,以全数字 PID 控制提高外转台的跟踪性能,采用先进的 CPLD 技术提高随动系统偏差输入量的精度。结果表明:改造后外转台系统的随动精度为±1.25mm,比改造前提高了±1.75mm,并且能以0.01o/s 的速度平稳随动方位,跟踪目标。     

微形貌光电观测镜的光学系统设计

针对微小面积及“盲孔”底面形貌,提出了一种基于直接成像原理的多功能光电检测系统。主要阐述了其光学系统设计思路,即内窥式镜头与显微系统相结合,观测与微扫描相结合。物镜部分采用内窥式探头,可深入内径 2.5mm 的盲孔内部,数值孔径不受微孔尺寸限制,从而提高了系统分辨力,达到 600lp/mm。利用平行平板光学测微器,寻找和瞄准微孔内观测表面的微小细节,可将±0.1mm 范围内的被观测目标定位到视场中心。     

新型激光跟踪测量系统的设计

基于多边法原理,设计出一种新型的激光跟踪测量系统。该系统采用四象限光电池作传感器,准确地测量目标镜反射光线的位置,测量灵敏度为 200mV/mm;以双电机驱动的双轴单转镜作跟踪机构,结构简单,运动灵巧,立体转角约±35 °;模拟式 PID 与数字式 PID 相结合的控制方案,控制精度高,跟踪速度快。实验表明,系统跟踪速度优于 0.7m/s,综合测量精度 1.3μm 。