机载光电侦察平台的自抗扰控制技术研究

PID控制在机载光电侦察平台伺服系统中应用广泛,但其固有的一些缺陷限制了系统性能的进一步提高.为此,设计了一个自抗扰控制器,通过采取为参考信号安排过渡过程,估计参考信号和输出信号的微分,实时估计并补偿伺服系统的所有扰动等措施,克服了PID控制器的缺陷.以某型号机载光电侦察平台为控制对象,对自抗扰控制器与PID控制器进行了仿真对比试验.试验结果表明,采用自抗扰控制器的机载光电侦察平台伺服系统的阶跃响应速度快、无超调,对模型摄动和测量噪声不敏感,对外界扰动的抑制能力强,能够有效克服摩擦扰动对平台低速运动性能的影响,各项性能均优于PID控制器.最后,提出了一套自抗扰控制器参数整定准则.     

光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用

由于光电稳定平台在稳定视轴时易受到摩擦、风阻、不平衡以及载体扰动等干扰力矩的影响,本文研究了利用高阶扰动观测器抑制扰动力矩的机理和方法。该扰动观测器由控制对象的逆模型和进行了高阶设计的改进型滤波器组成。提出的方法将观测量作为电流环的输入,利用电流环超高的控制带宽抑制扰动力矩。对系统的扰动抑制能力进行了仿真,结果显示高阶扰动观测器对高阶扰动模型具有很好的抑制能力:对于阶跃扰动和斜坡扰动,三阶扰动观测器的抑制率为100%;对于抛物波扰动,三阶扰动观测器的抑制率为99.9999996%。另外,观测器对于控制对象模型的摄动具有很好的鲁棒性。提出的方法可以在提高伺服系统响应速度的同时保证系统的鲁棒性,满足光电稳定平台的应用要求。     

燃气设施与城镇公共安全

随着天然气市场的迅速扩大和消费量的快速增长,各路资本大量地投资兴建燃气设施,燃气设施遍布城镇的大街小巷和地上地下。然而一旦燃气设施受到损坏,泄漏的燃气极易发生爆炸或燃烧,导致人员伤亡和财产损失。我们必须正视和研究燃气设施对城镇公共安全的影响,采取系统化的风险控制措施,以保障燃气设施的安全运行。     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。     

超小型无人机相机系统关键技术研究

针对超小型无人机有效载荷种类有限,利用系统集成的方法,设计了一套实用的超小型无人机相机系统。分析了系统的性能指标,解决了商业级数码相机应用于航空机载设备的关键技术。利用系统减振技术,图像不存在模糊现象;相机系统在曝光期间的像移不超过0.5像元,不存在拖影问题。通过相机系统热设计,解决了相机低温不启动的问题。相机系统在超小型无人机上进行了搭载飞行试验,图像清晰,表明方案设计合理。     

高可靠性光电平台嵌入式系统设计

提高航空光电侦察系统在复杂环境下运行的稳定性和可靠性,设计了基于(windowsembedded studio,WES)的光电侦察平台嵌入式系统。本系统结合以PIII处理器为核心的硬件平台,利用WES(Enhanced Write Filker)开发环境,采用中间件技术,设计可见光CCD图像采集传输组件、分布式数据通信组件和板卡驱动组件;利用(Enhanced Write Filter)技术,集成稳定可靠的分布式客户环境;最后采用NHPP数学模型,分析系统的稳定性与可靠性。实验结果表明,在相同的硬件配置下,基于WES设计的航空光电侦察平台嵌入式系统,系统可靠性和稳定性达到94%以上。并且有效缩短了系统启动时间,系统灵活性强,对硬件资源要求低,易于移植和维护升级。     

基于速度信号的扰动观测器及在光电稳定平台的应用

在闭环控制系统中引入了扰动估计和补偿来改善光电稳定平台低速性能,并提高其扰动抑制能力.提出了基于速度信号的扰动观测器,并对其各项性能进行了研究.介绍了常规的基于加速度的扰动观测器的工作原理,指出了它在光电稳定平台应用中存在的问题;通过引入平台的标称模型,构建了基于平台速度信号的扰动观测器,给出了相应的闭环控制系统结构,...     

经纬仪角度测量系统的实时侦错

为了保证测角系统输出数据的正确性,防止经纬仪伺服控制系统接收到错误的角度编码而发生失控事故,设计了角度测量系统的实时侦错算法。通过轴角编码器前三帧的角度数据预测当前帧的角度数据,比较预测的角度数据与实际采集到的当前帧的角度数据,如果误差大于最小误差容限ε,即认为当前帧的角度数据错误。实验以24位光电轴角编码器为对象,模拟在不同转速下发生编码错误时,侦错算法的有效性。结果表明,在1°／s的低转速下,编码器“跳码”的最小误差容限可达到0．00125°;在50°／s的高转速下,最小误差容限可达到0．0625°。验证了侦错算法的正确性,达到了良好的侦错效果。     

机载光电陀螺稳定平台的伪微分反馈控制

为了克服外部干扰对机载光电陀螺稳定平台的影响,实现高稳定精度和隔离度,采用基于伪微分反馈的控制技术对系统的控制性能进行了研究.首先,介绍了伪微分反馈控制技术的基本结构,并对其进行了简化.从理论上分析了简化的伪微分反馈控制技术在控制结构和控制性能上较经典PI控制的优势;然后,提出采用试凑法对伪微分反馈控制器进行参数整定的整定策略;最后,以某型号机载光电陀螺稳定平台为研究对象,对伪微分反馈控制器和PI控制器在抗力矩扰动、隔离载机角速率扰动和控制对象模型摄动等方面进行了仿真对比实验.实验结果表明,在相同的闭环带宽情况下,采用简化的伪微分反馈控制器的机载光电陀螺稳定平台的阶跃响应具有更小的超调,更短的上升和调节时间.在陀螺噪声存在的情况下,该控制器能够有效地抑制力矩和载机的姿态扰动对系统性能的影响;并且对被控对象的模型摄动具有较强的鲁棒性.