扰动状态下红外成像系统性能的测试与分析

直升机在飞行过程中由于发动机和旋翼的强烈振动给机载稳瞄系统带来强烈扰动,严重影响光电系统的探测识别距离。提出了一种动态测试红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)的方法,设计并研制了实验平台,通过实验模拟直升机载稳瞄系统的扰动状态,采用图像处理及统计学方法对实验数据进行分析,得到扰动情况下红外热像仪的MRTD值。实验结果表明,提出的方法和实验装置能准确地完成动态MRTD的测试,对实验室条件下估算机载稳瞄系统扰动对视距的影响奠定了基础。     

调制器消光比对光纤分布式扰动传感器的影响

基于多波干涉原理,建立了调制器消光比(ER)不理想条件下基于相位敏感光时域反射(OTDR)的光纤分布式扰动传感器(FDDS)光路系统输出信号模型,研究了调制器ER对FDDS定位精度的影响机理。仿真结果表明:调制器的ER不理想引起泄漏光产生的后向散射相干曲线是噪声源,它会导致传感器的信噪比(SNR)恶化。因此,调制器的ER是引起定位误差甚至传感器无法定位的一个关键因素;当调制器的ER分别低于10.2dB和7.8dB时,依据有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器SNR低于2dB,定位算法失效。通过调节声光调制器的驱动电压来改变衍射效率从而改变调制器的ER,实验结果与数值仿真基本一致。     

机载稳瞄系统稳定精度与视距关系的研究

直升机在飞行过程中由于发动机和旋翼的强烈振动给机载稳瞄系统带来强烈扰动,严重影响光电系统的作用距离。在稳瞄系统伺服控制的补偿下,残余的扰动量可以用稳定精度来表示,稳定精度所表示的残余扰动量对视距的影响仍然不可忽视。稳定精度和作用距离是机载稳瞄系统的关键技术指标,找到稳定精度与作用距离之间的关系是机载稳瞄系统设计的关键。本文基于红外系统作用距离计算的原理,建立红外成像系统动态调制传递函数和动态最小可分辨温差的数学模型,并设计一套实验装置和实验方法,通过实验模拟直升机载稳瞄系统的扰动状态,测试红外成像系统的动态最小可分辨温差,根据最小可分辨温差曲线计算不同扰动量下红外成像系统的作用距离,最后分析出机载稳瞄系统稳定精度与作用距离之间的关系,为机载稳瞄系统稳定精度的设计奠定了坚实的理论基础。     

改进型滑模扰动观测器的感应电机控制系统

针对传统PI调节器在负载剧烈突变时控制性能不佳及使用传统滑模观测器抖振严重的问题,文中以感应电机为研究对象,提出了一种基于滑模观测器和传统PI调节器的扰动实时补偿方案。通过改进型的扰动观测器对系统扰动进行实时观测估算,将估算出的扰动反馈至PI调节器进行前馈补偿,从而有效提高电机控制性能,改善抖振现象。文中搭建了基于MATLAB的仿真平台和TMS320F28335 DSP的实验平台,对所研究的改进滑模观测器扰动前馈补偿方法与常规单PI调节、常规滑模观测器扰动补偿进行了对比分析。该结果验证了所提方案的有效性与可行性,速度超调量优化了0.5%,响应时间为30 ms。     

快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制

为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。     

扰动观测器在空间光通信PAT系统中的应用

为了提高空间光通信PAT系统的扰动抑制能力,提出了一种基于扰动观测器的控制方法。该方法首先对PAT系统进行分析,得到简化的控制模型,然后利用扰动观测器从电机转动位置和光斑位置中观测出扰动,最后将扰动等效补偿量加入到电流环前的综合点。精跟踪系统的仿真实验结果表明:相比常规的PD控制器,加入扰动观测器使扰动隔离度在电机电流饱和前的几乎所有频率处都得到了提升,最优情况可达到28.2 dB;同时,该方法具有很强的鲁棒性,在系统物理参数变化15%时扰动隔离度依然比没有使用扰动观测器时提高了至少1倍。所述的控制方法显著提高了PAT系统的抗扰动性能,对大范围与高动态的精密光电跟踪系统有一定的参考价值。     

机载振动敏感设备减振设计方法与应用

针对机载振动敏感设备面临的日益苛刻的振动环境适应性要求,开展减振设计方法和应用的研究。分别对机载振动敏感电子设备的振动环境条件获取方法、振动许用条件的测试手段、减振设计参数的计算方法、减振性能评估的措施进行了详细的探索,解决了减振设计过程中缺少相关设计输入、输出和选型参数的困境。并基于该方法对某机载频率源进行了减振设计的应用,应用结果表明基于该方法设计的减振设计方案,具有很好的减振效果。相比于直接安装,安装隔振器后频率源的振动响应得到了有效的抑制,并且频率源的相噪得到了明显改善。加装隔振器后相噪值均满足设计要求,减振设计达到了预期目标,同时验证了该减振设计方法的可行性。     

基于光学杠杆原理的炮口扰动角测试方法研究

针对小口径火炮性能测试时难于准确测量炮口扰动角度的问题,提出了基于光学杠杆原理的非接触式炮口扰动角测量方法。根据小口径火炮发射过程中的振动规律,建立修订了炮口扰动角与光电位置传感器(PSD)二维坐标间的数学模型,并在实验室条件下,搭建模拟实验系统,验证了光学杠杆理论模型的合理性、准确性。为系统测试功能的最终实现奠定了数学基础,为测量火炮炮口扰动角及其振动规律提供了重要参考。     

基于HMM的红外点目标序列图像扰动补偿方法

利用红外图像扰动信号短时平稳的特性,在统计的基础上提出采用隐马尔科夫模型统计信号模型来描述扰动,得到一种基于学习的扰动模型,并利用学习得到的模型参数计算后续帧中的扰动情况,进行预测补偿,以保证目标运动的连续性,克服扰动对跟踪的影响,实验取得了较好效果。     

基于三自由度扰动模型的光电测量设备抗扰动系统

提出了一种基于三自由度扰动模型的测量船光电测量设备抗船摇扰动系统。利用坐标轴旋转的方法将目标的引导数据从大地坐标系转化为甲板坐标系,利用最小二乘法对测量船的姿态角数据进行处理获得测量船的船摇数据,建立了包括横摇、纵摇和艏摇在内的三自由度位置扰动模型和速度扰动模型,并利用前馈控制实现对船摇扰动的补偿。通过仿真得到了与理论分析一致的结果,证明基于三自由度扰动模型的前馈系统能有效提高光电测量设备的跟踪和捕获精度。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价 值。     

机载光电稳瞄平台的线性自抗扰控制

为了提高机载光电稳瞄平台的抗扰动能力和动态响应特性,在平台上进行了基于线性自抗扰控制的改进控制方法研究。改进的线性自抗扰控制器采用模型辅助的降阶线性扩张状态观测器以及采用系统输出量和输出量微分来产生控制量,不仅可以减小观测器的相位滞后和观测负担,提高观测器对扰动的估计能力,还可以减小观测器滞后和估计误差对控制律的影响。仿真实验结果表明:改进的线性自抗扰控制器在低中频段具有更好的频域特性,阶跃响应实验中表现出更好的动态响应特性,在系统输入为零的条件下,给系统施加幅值为、频率为2.5 Hz的正弦波力矩扰动和正弦波角速度扰动,基于线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.175（）/s与0.566（）/s,基于改进的线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.155（）/s与0.030（）/s,实验结果验证了改进方法的有效性。     

基于滑模算法的航空稳定平台控制

由于机载稳定平台工作中会受到飞机振动、风阻力矩等外界干扰因素的影响,导致探测设备出现指向不稳定、跟踪精度低等问题。研究了滑模控制算法在航空稳定平台上的应用,利用Matlab/Simulink建立了永磁同步电动机伺服系统的滑模控制仿真模型,通过仿真和在试验系统上测试,实验结果表明滑模控制算法与普通PI算法相比较,不容易受到外界干扰力矩的影响,具有较好的鲁棒性,在相同外界干扰的情况下可以保持较好的跟踪精度。     

光电平台角位置信息摩擦观测补偿技术

为了提高光电伺服稳定平台的稳像精度,根据平台所受摩擦扰动作用原理,提出一种基于机构运行角位置信息的摩擦观测补偿方法。首先,建立光电伺服平台精确控制模型,并运用LuGre摩擦模型对平台所受摩擦力矩进行分析;然后,基于机构运行的角位置信息,采用最小二乘法进行加速度估计,设计基于机构运行角位置信息的扰动观测器进行摩擦观测补偿;最后,在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,进行仿真及实验验证。将稳定平台安装于模拟转台上进行实验,给转台施加10 Hz正弦信号,对平台摩擦观测补偿前后的实验数据进行对比分析,实验结果表明,该补偿方案在模拟飞行转台以10 Hz频率做正弦运动的情况下,摩擦观测补偿前后,平台稳像精度由26 μrad减小到17 μrad,性能提升34.6%,该方法可以有效增强系统的抗干扰能力,提高系统稳定性能。     

位标器干扰力矩的分析与自适应补偿

干扰力矩做为影响导引头隔离度的重要参数,对制导系统产生了重要影响,在快响应制导系统设计中,要求尽可能降低干扰力矩的影响。针对干扰力矩的非线性、非定常特性,位标器稳定平台建模误差以及制导回路约束,提出干扰力矩自适应补偿控制方法。设计思路为:由制导精度分析,得到隔离度的频带约束;通过状态滤波及制导指令中引入非破坏性抖动信号,估计干扰力矩的主导项:滚动摩擦力矩;然后,运用带通滤波、状态反馈方法补偿非期望的干扰力矩。仿真结果表明:在参数摄动条件下,滚动摩擦力矩系数估值精度、快速性满足要求;提出的自适应补偿设计方法更贴近工程实际,能够用于解决寄生耦合影响严重的问题。     

一种基于无人机平台的双频段小型化接收机设计

针对应用于无人机平台的多频段多模式小型化接收机需求,给出了一种X/L双频段多带宽小型化接收机设计方案,采用多芯片微组装工艺实现。该设计解决了接收机在不同频段下窄带信号和宽带信号的波形激励和接收通道硬件共用问题,重点突破了宽带波形产生和宽带直接解调接收等关键技术,相比较传统的无人机载雷达接收机来说,具有多模式工作、大信号带宽处理能力和高集成度的特点,能够满足宽带成像和窄带探测的需求。     

扰动分离自抗扰控制在光电稳定平台上的应用

针对当前光电稳定平台伺服系统中扰动抑制能力不足的问题,提出一种扰动分离自抗扰控制（DSADRC）算法。扰动分离自抗扰控制充分利用工程实际中可获取到的部分已知的光电稳定平台模型信息及经典控制中的控制器信息,并将其加入到自抗扰控制的设计中。该算法通过减少光电稳定平台系统中的总扰动量,增加系统的扰动观测精度及扰动抑制能力。同时,通过算法设计实现了经典控制器的复用,减少了设计工作量。仿真实验结果表明:在控制器相同、扰动条件相同的情况下,扰动分离自抗扰控制阶跃响应调节时间减少58.8%,上升时间减少26.5%,且无超调量;在1V2Hz等效扰动下,系统稳态精度提高51.5%,系统性能提升效果明显。在实物验证实验中,对于不同频率的等效扰动,相比PID控制,扰动分离自抗扰控制稳态精度提升50%以上,有效地提高了光电稳定平台的稳态精度。     

On-line compensation of dead-time and inverter nonlinearity with disturbance voltage observer

This paper discusses and analyses a simple on-line compensation scheme for dead-time and inverter nonlinearity in the pulse width modulated (PWM) voltage source inverter (VSI). Dead-time effect and voltage drop in switching devices cause nonlinearity between reference and output voltage. In a conventional three-phase six-switch inverter, this nonideal condition adds extraneous harmonics that badly disturb voltage characteristics. In its turn, voltage disturbance causes distortion of the current waveform and degrades performance. In this paper, an on-line dead-time compensation method based on inverse dynamics control is proposed, and it is much simpler than conventional full/reduced order observation methods adopted in dead-time compensation. Disturbance voltages are observed on-line with no additional circuitry or off-line measurements. The observed disturbance voltages are fed back to the voltage reference for compensation. Stability problem of the proposed observer arisen from inverter delay and parameter mismatch was analysed. The proposed method is applied to a surface-mounted permanent-magnet synchronous motor (SPMSM) drive. The effectiveness of the proposed scheme is validated by the experimental results.     

Robust model predictive current control strategy for three-phase voltage source PWM rectifiers

Traditional model predictive control (MPC) strategy is highly dependent on the model and has poor robustness. To solve the problems, this paper proposes a robust model predictive current control strategy based on a disturbance observer. According to the current predictive model of three-phase voltage source PWM rectifiers (VSR), voltage vectors were selected by minimizing current errors in a fixed time interval. The operating procedure of the MPC scheme and the cause of errors were analysed when errors existed in the model. A disturbance observer was employed to eliminate the disturbance generated by model parameters mismatch via feed-forward compensation, which strengthened the robustness of the control system. To solve the problem caused by filter delay in MPC control, an improved compensation algorithm for the observer was presented. Simulation and experimental results indicate that the proposed robust model predictive current control scheme presents a better dynamic response and has stronger robustness compared with the traditional MPC.