基于双态混沌PSO的机载激光通信视轴稳定控制

机载空间激光通信视轴稳定是激光通信链路建立的前提。在视轴稳定平台中应用自抗扰控制方法取得了良好的控制效果,但自抗扰控制需调整参数众多且缺乏规范的调整手段。针对自抗扰控制调参难的问题,本文提出了一种利用双态混沌粒子群算法优化自抗扰控制参数的方法。仿真结果表明,与PSO-PID控制方法相比,该方法具有更快的响应速度,更强的抗干扰能力和更好的鲁棒性。     

采用自调整模糊变结构控制的机载激光通信视轴稳定研究

机载激光通信的动态视轴稳定是建立激光通信链路的首要前提,传统的粗跟踪控制方法不能克服载体扰动及参数变化对系统的不利影响,影响了视轴稳定精度。根据控制系统的任务,将论域自调整模糊控制与滑模变结构控制的思想相融合,在稳定的误差相平面内构造稳定的滑模面。理论分析和模拟实验结果表明,该方法消除了系统的抖振现象,改善了系统的瞬态性能,对机载通信平台受到的扰动及参数变化具有完全的自适应性。因此自调整模糊变结构控制具有一定鲁棒性,且控制算法简单,可望获得工程应用。     

采用自抗扰控制的空间激光通信精跟踪系统

空间激光通信的视轴稳定是激光通信链路建立的前提。针对通信终端载体的非线性扰动和扰动模型未知造成视轴稳态误差较大的问题,设计了自抗扰控制方法,并采用模糊控制理论自适应调整非线性状态误差反馈控制律中的相关参数。实验结果表明,与自适应PID控制方法相比,采用模糊自抗扰控制方法可以有效抑制平台的非线性扰动,并且具有较快的响应速度与较强的鲁棒性,可以满足系统的稳态精度要求。     

机载激光通信的模糊神经网络PID视轴稳定控制

机载激光通信的视轴稳定是建立激光通信链路的前提。为了有效地克服载体扰动与参量改变对粗跟踪系统视轴稳定的不利影响,设计了一种基于模糊神经网络的比例-积分-微分（PID）控制方法。该方法结合模糊理论的非线性控制能力与神经网络的自主学习能力,实现了对PID参量的实时在线调整。结果表明,与传统PID控制方法相比,模糊神经网络PID控制方法提高了系统的动态响应速度,减小了系统超调量,当载体受到扰动与参量改变时,具有较强的自适应性和鲁棒性。     

基于自抗扰控制的无人机光电载荷视轴稳定技术

无人机系统重要的侦察设备是光电载荷。为了使光电载荷获得清晰的图像,提出了新的控制策略,以抑制视轴的扰动。首先,以两轴两框架光电载荷为研究对象,分析了其结构和工作原理;然后,分析了影响视轴稳定精度的扰动因素并将其分类;接着,提出了双速度环控制策略,设计了自抗扰稳定控制器;实验研究表明,采用该视轴稳定技术的光电载荷,其扰动抑制的效果能够达到技术指标要求。     

采用滑模观测器的机载激光通信视轴精度控制

为了提高机载激光通信系统在机体振动和机械摩擦等扰动下的视轴对准精度,提出了一种基于滑模观测器的反步滑模控制方法。首先建立了机载激光通信系统的数学模型,然后通过设计的滑模观测器对扰动值进行估计,同时针对指令转换模块、激光通信模块和电机模块逐步设计了反步滑模控制律,实现对机载激光通信系统视轴的高精度控制。实验结果表明:提出的方法与分数阶PID控制方法相比突出了更优的快速性和准确性,响应时间仅为0.4 s,最大空间对准误差仅为0.3 m,设计的滑模观测器能够快速、准确地估计出扰动值,响应时间仅为0.3 s,最大估计误差分别仅为0.1 m/s、0.06 (°)/s2 和0.07 A/s,大幅提高了机载激光通信系统中视轴的对准精度。     

无线激光通信线性自抗扰控制研究与实验

针对无线激光通信系统的粗跟踪控制技术难点,设计了串级粗跟踪控制结构,引入了线性自抗扰控制器,采用线性扩张状态观测器观测系统的总扰动,并进行了模拟动态跟踪实验,对比在0. 5Hz、1Hz和2Hz扰动下,线性自抗扰控制器和比例积分微分控制器的控制误差。实验结果表明线性自抗扰控制器具有更高的控制精度和更好的稳定性。     

陀螺稳定平台速度环的离散自抗扰控制

针对陀螺稳定平台在高精度定位下的控制精度受到速度环电机在低速运动时非线性摩擦力影响的问题,文章设计了一种改进策略的自抗扰控制器,将原系统中的非线性摩擦力与电机不同转向时的模型误差统一视为系统扰动,采用扩张状态观测器对这个扰动进行估计,前馈到控制量中进行校正。理论分析了一阶离散系统上扩张状态观测器的推导过程和稳定性条件,并采用遗传算法工具箱对针对平台所设计的扩张状态观测器的参数进行辨识。在仿真实验中,我们首先分析了所设计的扩张状态观测器的开环性能,然后将所设计的自抗扰控制器与实际系统采用的PI控制器的控制精度进行了对比分析。文章为进一步提高陀螺稳定平台的控制性能,提供了一种新的高精度的控制策略。     

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。     

线性自抗扰控制在雷达伺服系统应用

随着雷达探测技术的发展,传统PID算法存在对控制增益敏感、“快速性”和“超调性”不可调和以及微分很难选取等缺点,已不能满足雷达伺服系统对控制性能的要求。自抗扰控制(ADRC)具有不依赖被控对象模型、无超调、响应速度快、鲁棒性强的优点,越来越受到重视,但其缺点是参数众多、调节过程复杂。线性自抗扰控制器(LADRC)通过对自抗扰控制算法线性简化和参数整合,极大简化其参数和调节过程,同时又保持了自抗扰控制的优点。将线性自抗扰控制器应用到雷达伺服系统以提高其响应快速性和鲁棒性,减小系统的超调性。最后对比传统PID控制器,试验结果表明,线性自抗扰控制器在提高雷达伺服系统响应速度、稳定性、抗干扰和鲁棒性方面优于PID。     

小型漂浮式卫星天线自抗扰控制器的研究

研究了一种适用于军事隐蔽式侦察的小型漂浮式卫星天线双环自抗扰控制器,实现了在中小涌浪扰动下天线自动跟踪目标卫星的俯仰伺服控制. 以自抗扰理论为基础,结合小型天线俯仰控制的特点分别设计了位置环和速度环自抗扰控制器;比较了双环自抗扰控制器和比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器的阶跃响应,验证了双环自抗扰控制器性能优于PID控制器性能;利用半实物仿真平台,以中小涌浪扰动下天线系统俯仰角的变化为控制器的输入,进行天线俯仰伺服控制,通过检测到的信标信号验证了双环自抗扰控制器可以实现中小涌浪扰动下天线对目标卫星的稳定跟踪.     

水平式激光发射系统光轴平行度误差分析

对于激光发射系统,激光轴与电视光轴的平行度是保证其指向精度的关键。相对于传统的光电经纬仪,该系统光轴平行度误差是一动态误差,变化规律较为复杂。为修正激光发射系统激光轴与电视光轴的平行度误差,建立了光轴平行度误差模型,由此掌握该系统光轴平行度误差的变化规律。在总结了影响光轴平行度的主要系统误差源的基础上,分析各项误差对光轴平行度的影响,利用矢量旋转与坐标变换,建立了激光轴经折返镜后在空间坐标系内的指向模型,由此得到两光轴平行度误差模型,通过电视跟踪系统测量两光轴平行度误差值,并采用最小二乘法拟合得到误差模型中各待定系数。实验结果表明:拟合后的光轴平行度达到2.6″,模型能够基本描述两光轴平行度误差的变化规律。     

机载空间激光通信终端的参数辨识跟踪方法研究

针对机载空间激光通信终端的机动形式多样性,建立了机载激光通信终端运动模态,应用改进的递归最小二乘法实现观测数据加权,将参数辨识方法和卡尔曼模型结合,动态调整卡尔曼模型中的状态转移矩阵,实现对机载激光通信终端的机动跟踪。构建机载空间激光通信的跟踪实验平台,模拟机载激光通信终端多种运动模式的实验表明,本文的参数辨识卡尔曼算法具有跟踪精度高和响应时间短,且具备多种动动模式的跟踪适应能力。     

基于自抗扰控制的空间飞行器姿态控制研究

空间飞行器姿态控制的主流方法是基于经典控制理论的,但它要求建立对象精确的数学模型。当对象模型不精确或是具有非线性、时变特性时,经典控制方法将很难满足实际的设计要求。在分析了空间飞行器姿态运动特性的基础上,引入自抗扰技术,设计了两种姿态控制系统,并将两者的结果进行对比,验证了自抗扰控制方法的有效性,同时指出了在实际应用中需注意的问题。     

卫星激光通信中光纤放大器的应用研究

介绍了卫星激光通信的特点,通过计算分析,提出了用于卫星激光通信光发射系统的高功率光纤放大器、用于光接收系统的前置光纤放大器的性能参数。给出了高功率光纤放大器和低噪声前置光纤放大器的实验方案。     

On vibration rejection of nonminimum-phase long-distance laser pointing system with compensatory disturbance observer

This paper focuses on the vibration rejection problem for the nonminimum-phase long-distance laser pointing system on the moving platform. Due to the unstable approximate inverse of nonminimum-phase property, the disturbance-observer based control (DOBC) methods inevitably sacrifice numerous vibration rejection capabilities to stabilize the system. In this paper, a compensatory disturbance-observer-based control (CDOBC) method is proposed to ensure a much stronger vibration rejection performance. In this method, the stable nominal plant replaces the unstable approximate inverse. Limited by stability constraints, the primary filter still sacrifices performances to provide basic vibration rejection capabilities. In the premise of a stable primary filter, the proposed compensatory filter naturally and effectively satisfies its stability constraint. Thus, the novel compensatory filter has sufficient flexibility to make up for the sacrificed vibration rejection capabilities of the primary filter without breaking the system’s stability. The CDOBC method has quite enough capability to reject the vibrations of the nonminimum-phase long-distance laser pointing system, which is impossible for the DOBC methods. Furthermore, the analytical system’s stability and tuning laws for the proposed method are presented. The simulations and experiments demonstrated the effectiveness of the proposed method despite various vibrations.