光电稳定跟踪装置的控制系统设计

给出了一类光电稳定跟踪装置的框架伺服控制方案,重点研究了速率稳定环的设计过程,使用dSPACE半实物仿真系统进行了速率回路开环特性的模型辨识和高阶滞后超前控制器设计,对于数字化频率特性测试时产生的相位滞后现象进行了理论推导,并提出了相位补偿公式.对于经典控制器可能遇到的精度不足的问题,介绍了相应的非线性补偿方法.针对伺服系统的位置跟踪环和速度稳定环在频域存在的耦合现象,深入分析了产生频域耦合的原因和相应的解耦设计方法,提出了此类系统位置跟踪环和速度稳定环的理想设计模型.在此基础上讨论了姿态干扰隔离度的概念,推导了隔离度的计算公式.对系统工作过程中可能遇到的5种典型情况进行了仿真试验,仿真结果验证了有关概念的正确性.     

光电稳定跟踪装置的稳定机理分析研究

介绍了一类使用微机电速率陀螺组合、具有全稳定功能、且无天顶跟踪盲锥区的新型高精度三轴光电稳定跟踪装置的稳定机理.首先分析了该类装置中的坐标系及其相互之间的关系,然后运用多体力学的方法推导了该类装置的运动学方程,得出了三轴平台式速率稳定装置的数学模型.该模型表明,实现三轴全姿态稳定,不同的陀螺安装方法有不同的优缺点.研究了由于瞄准线稳定误差带来的图像相对运动和变形情况,分析了瞄准线稳定精度对图像稳定精度的影响.结果表明,两轴稳定装置绕轴线的旋转会造成比较大的图像稳定误差,而三轴稳定装置可以有效抑制绕轴旋转误差,从而达到较高的图像稳定精度.     

微机电陀螺耦合刚度的辨识

针对微机电陀螺耦合刚度的辨识,提出了以驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合频率响应特性为基础的耦合刚度辨识方法。设计了一种驱动轴和检测轴双向位移解耦的双质量线振动微机电陀螺,基于经过简化的梁的刚度特性建立了微陀螺平面运动动力学方程,导出了结构在存在耦合刚度情况下驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合的传递函数。根据耦合传递函数把刚度耦合产生的根源定位到特定的几组梁之间的刚度误差。通过驱动-转动耦合与驱动轴幅频特性之比辨识出驱动-转动耦合刚度系数,通过驱动-检测耦合与检测轴幅频特性之比辨识出转动-检测耦合刚度系数。实验测试了设计加工的微陀螺的频率响应特性,利用提出的耦合刚度辨识方法得到陀螺的驱动-转动和转动-检测耦合刚度系数分别为0.14N和0.054 33N。得到的耦合刚度的辨识结果可为微陀螺梁刚度的激光修调提供参数依据。     

基于神经动力学的轮式移动机器人跟踪与稳定统一控制

为了对轮式移动机器人(WMR)进行光滑、鲁棒、稳定的轨迹跟踪控制,分析了生物激励神经动力学原理,研究了非线性模型预测控制策略,提出了一种基于神经动力学思想的模型预测终端控制方法。首先,针对传统控制方法存在的初始速度跳变问题,利用神经动力学在信息处理方面的优良特性,设计了神经动力学控制模块;然后,根据模型预测控制原理给出了一个优化控制模块;最后,设计了终端域和线性反馈终端控制器来保证系统的全局渐近稳定性。仿真结果表明:利用所设计的控制方法进行曲线跟踪时,被控WMR系统收敛到参考轨迹的时间可从12s降到5s,初始线速度/角速度分别从[-3,4]m/s和[-5,6]rad/s缩小到[0,2]m/s和[-3,3]rad/s,且系统输出有界光滑,使WMR在完成轨迹跟踪的同时实现了全局渐进稳定。由于文中核心算法的推导过程不受WMR运动学模型限制,故该研究结论亦可应用于其他结构的移动机器人。