高精度光电伺服稳定平台控制技术

为提高光电稳定平台的伺服控制性能,对高精度光电伺服稳定平台控制技术进行探讨。针对伺服稳定平台控制策略,从2轴2框架伺服稳定平台、2轴4框架伺服稳定平台、复合轴高精度伺服稳定平台3个方面的结构、组成、控制策略进行对比分析,并对各种伺服稳定平台在PID控制策略对相同扰动条件下的隔离基座扰动能力进行仿真计算,仿真结果表明,采用复合轴高精度伺服稳定平台可大幅提高伺服稳定平台的抗扰动能力,该研究可为从事伺服稳定控制研究人员提供借鉴。     

机载光电稳定平台的强鲁棒性滑模变结构控制

为使机载光电稳定平台系统在复杂环境下仍具有强鲁棒性,建立光电稳定平台数学模型.以两轴四框架光电吊舱为研究对象,通过分析噪声干扰及本身结构参数的变化对光电稳定平台的影响,提出基于干扰观测器(disturbance observer,DOB)的滑模控制器设计方案.理论推导和仿真结果表明:滑模变结构控制(sliding mode variable structure control,SMVSC)对干扰力矩和摄动完全适应,对系统结构参数变化和外界扰动具有良好的鲁棒性;比无干扰观测器的控制系统,拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,能增强光电稳定平台的抗扰动能力.     

基于滑模变结构控制的光电稳定平台控制策略研究

光电跟踪系统在载体运动的过程中会受到各种扰动,对系统的跟踪性能产生不利影响。滑模控制拥有较好的鲁棒性,在工程上容易实现,可考虑运用在这类系统中。使用摩擦反馈并将速度环滑模控制与跟踪环PID控制相结合,可得到一种应用于光电跟踪系统的滑模变结构控制策略,它提升了光电稳定平台的稳定精度,同时具有一定的鲁棒性,能使运行中的系统在外界环境变化时对变化的扰动有一定的适应能力。以二维伺服转台为被控对象设计了滑模控制器,进行仿真实验并与现有基于PID方法的控制方案对比。对比结果表明：在给定扰动下,基于滑模变结构控制策略的光电稳定平台将速度环稳定误差从72″/s降低到了12″/s,均方根从37.0″/s降低到了1.46″/s,提出的滑模变结构控制器对提升光电稳定平台的稳定精度有一定作用。     

基于dSPACE平台的稳瞄控制系统建模方法研究

为提高机载光电稳瞄伺服控制系统分析与设计能力,提出一种基于dSPACE半实物仿真平台的稳瞄伺服控制系统速率稳定回路建模方法.该方法通过dSPACE对系统施加激励并采集信号,用最小二乘算法拟合系统频率特性,利用MATLAB辨识工具箱辨识出系统传递函数.对某机载光电稳瞄伺服控制系统,利用本方法获取对象模型并进行控制器设计,...     

极坐标两轴稳定平台的模型与分析

稳定平台系统可以提供导弹与目标之间的相对位置关系,为导弹姿态和弹道的修正提供依据,在导弹系统中具有十分重要作用.本文通过坐标变换将弹体运动分别在外框坐标系和内框坐标系中描述,得到两轴框架的运动学关系,基于刚体定点运动欧拉动力学原理.建立极坐标速率陀螺式两轴稳定平台的动力学模型,针对两轴框架的驱动电机,进一步建立包含电机电流环和力矩环的机电模型.最后结合实际数据,利用所建的机电模型对弹体运动耦合产生的扰动进行了仿真分析,仿真表明:弹体运动对视线角速度具有扰动作用,需要进行速度回路控制进行解耦补偿.所得模型和分析结果为极坐标稳定平台的进一步研究提供了理论基础.     

四环式两轴稳定平台闭锁环控制系统设计与应用

四环式两轴稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电吊舱等侦察监视设备中。本文提出一种四环式两轴稳定平台闭锁环失稳的解决方案。为分析此方法的性能,给出了精确分析模型。结果表明,与传统的控制方式相比,对稳定平台实施改进型的控制策略,能够在不改变稳定平台硬件的前提下,将系统的动态性能和静态性能提高10%。     

自由空间激光通信平台振动模拟实验系统研究

为了对自由空间激光通信中的高精度、复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的关键技术进行验证,需要对平台的振动或扰动进行半实物仿真。在对通信平台振动功率谱进行分析的基础上,基于MATLAB/Simulink建立了平台振动半实物模拟实验系统,通过半实物仿真得出平台的振动时域信号及其振动功率谱。通过CCD闭环检测,证明了平台振动模拟结果真实有效。将模拟产生的振动信号作为自由空间激光通信复合轴APT实验系统的激励,实现了在模拟振动和运动条件下对复合轴APT跟踪系统的实验室验证。     

陀螺稳定平台的滑膜变结构控制实验研究

针对高精度陀螺稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求,设计了以挠性陀螺为惯性传感器的双轴陀螺稳定平台.介绍了该平台的结构,分析了影响平台稳定精度的因素,并针对速率陀螺反馈加传统PID控制不能实现稳定角度无静差的问题,尝试了一种滑膜变结构控制策略.试验结果表明,采用滑膜变结构控制方法后,陀螺稳定平台精度可提高50％以上.     

光电稳定平台伺服机构低速及稳定性能控制方法研究

由于光电稳定平台伺服机构中不可避免地存在转矩扰动,传统控制方法难以对其补偿达到满意性能,针对此问题,提出一种状态扩展Kalman滤波算法。结合前馈控制提升伺服带宽,实现伺服机构低速平稳性和稳定精度的优化;为验证该算法的有效性,对采用直驱、谐波传动以及摆线针轮行星传动的光电伺服机构开展了多组控制性能实验对比。实验结果表明,相比于传统控制方法,所提控制算法能够更为有效地补偿转矩扰动,显著提升光电伺服机构的低速平稳性及稳定性能。     

基于扰动观测器的机载光电稳定平台自适应指数时变滑模控制

针对考虑载机干扰、摩擦力矩和参数不确定性等扰动因素影响的机载光电稳定平台高精度控制问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应指数时变滑模控制方法。该方法利用非线性扰动观测器观测系统的聚合不确定性,用来抵消外界扰动和参数不确定性对系统的干扰。在此基础上,设计自适应指数时变滑模控制器,实现了光电稳定平台伺服系统在残余聚合扰动影响下的期望角位置转动的全局鲁棒控制,该方法不需要确定聚合不确定性的上界信息,同时避免了普通自适应滑模的切换增益过度自适应问题,最终通过李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统的全局渐近稳定性,系统角位置最终渐近收敛到期望角位置。数值仿真和样机测试结果表明,在外界扰动和参数不确定性的影响下,该方法能够实现系统的高精度角位置控制。     

基于PMAC的稳定平台伺服系统设计

研制了一套基于PMAC运动控制卡的陀螺稳定平台系统。该系统以PMAC为核心控制模块,光纤陀螺为速度环反馈传感器,光电编码器为位置环反馈传感器,实现了稳定平台的位置跟踪和伺服稳定两个功能。介绍了系统的工作原理和控制结构,分析了系统的软硬件设计,以及伺服控制算法描述。实验结果表明,该系统完全达到稳定平台性能要求,系统稳定性好且控制精度高。     

潜望式激光通信终端的扰动抑制与动态跟踪方法

潜望式激光通信终端系统内部执行机构的力矩脉动以及外部扰动等因素,会影响通信链路建立过程中伺服系统的跟踪精度与稳定性。为提高伺服系统的抗干扰能力与跟踪性能,采用降低执行结构的力矩波动、提升系统运行速度平稳性的方法,对系统的低速平稳性以及动态跟踪过程进行测试和分析;通过通信终端控制系统的动态跟踪实验,验证控制策略的有效性。实验结果表明：在最大速度为0.131°/s、最大加速度分别为0.137°/s²、0.329°/s²的平台扰动条件下,方位轴和俯仰轴的粗精复合跟踪精度都可以达到2 μrad以内,验证了通信终端伺服系统的抖动抑制能力及其系统的动态跟踪性能。     

基于卡尔曼滤波算法的加速度反馈控制在航空光电稳定平台中的应用

为进一步提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,提出一种基于卡尔曼滤波算法的加速度反馈控制策略.根据光电平台伺服系统模型特点设计卡尔曼滤波器,将卡尔曼滤波器采集的光电平台伺服系统输入输出信号作为自身输入信号,并输出速度的滤波信号和加速度的估计结果.然后将卡尔曼滤波器输出的速度和加速度估计值分别作为被控对象速度环路和加速度环...     

光电稳定平台自适应摩擦补偿方法

为克服某型光电稳定平台伺服系统中摩擦干扰力矩影响,提升其低速平稳性,设计一种基于模型参考自适应控制(model reference adaptive control,MRAC)方法的摩擦补偿控制器。采用实验数据对Stribeck摩擦模型参数进行近似估计,根据 Lyapunov稳定控制理论设计摩擦补偿控制器,采用 Matlab/Simulink进行仿真试验分析,并将算法在某型系统中实现。实验结果表明：该控制器能有效抑制摩擦干扰对系统带来的不利影响,使低速平稳性能得到较大提升。     

基于定量反馈理论的火炮随动系统鲁棒控制研究

针对火炮随动系统由于参数摄动及非线性扰动等因素导致控制精度不高的现象,提出一种基于定量反馈理论（QFT）的火炮随动系统鲁棒控制策略。在建立带有不确定参数的火炮随动系统模型的基础上,以某火炮随动系统为例,利用回路整形法设计控制器,分析验证该控制器作用下系统稳定性、跟踪性及鲁棒性,并研究带有参数摄动、输出扰动等情况下系统的时域响应。研究结果表明,所设计的QFT鲁棒控制器能够满足火炮随动系统性能指标要求,有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能,证明了该方法的有效性。     

基于FPGA 的交流伺服高精度反馈系统

利用FPGA高速并行处理的特点,设计了一种基于FPGA的交流伺服高精度反馈系统。给出了系统设计的总体思路,并设计实现了位置环、速度环和电流环反馈信息的高速高精度采集,将设计的系统应用于1 kW永磁同步电机交流伺服平台上进行试验。试验结果表明:该系统能克服DSP无法完成算法控制和反馈信息采集同时进行的缺陷,改善了反馈信息采集的实时性和精确度,有效地提高了交流伺服的带宽和总体性能。     

四框架稳定跟踪平台原理样机设计与实现

为稳定并改造跟踪平台的性能,针对现有文献侧重于理论研究的问题,构建机载四框架稳定跟踪平台的原理样机。以某型号机载四框架稳定跟踪平台项目为研究对象,介绍平台的机械系统和电气控制系统,设计伺服控制回路和自动跟踪控制回路,并给出相应的控制策略。试验结果表明:该设计理论分析正确,控制系统合理。     

火箭炮位置伺服系统自抗扰控制

针对火箭炮发射时燃气流冲击干扰强和系统参数变化大的特点,以含有速度闭环的实际伺服系统为对象,建立系统模型并进行频域分析,建立了系统的低频和中频近似模型,并在此基础上分别设计了火箭炮位置伺服系统2阶和3阶线性扩张状态观测器及相应的自抗扰控制律,估计系统未建模干扰并在控制输入中予以补偿。比较分析了设计的自抗扰控制律和传统PID控制在伺服跟踪和燃气流冲击干扰下的控制效果。仿真结果表明,火箭炮伺服系统采用提出的控制方法能有效提高跟踪精度,充分抑制燃气流冲击干扰引起的发射平台振动,保证后续射弹命中精度。