机载激光通信系统精跟踪单元变结构控制技术

APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分.通过对精跟踪伺服单元结构的分析及复合轴APT系统对精跟踪单元的要求,设计了精跟踪的控制函数模型.根据不同飞行平台振动环境的特点,实现了变结构的精跟踪智能控制,使精跟踪的控制精度达到最优,并进行了MATLAB仿真验证.最后,经过APT复合轴的室内实验系统测试得出:在几种典型的机载平台环境下,最终的跟踪精度都保持在3 μrad左右.     

空间光通信终端精跟踪伺服系统研究

为了提高空间光通信中的精跟踪伺服系统的跟踪精度,采用神经网络比例-积分-微分算法,解决精跟踪伺服系统设计中光斑抖动时变不确定性和压电陶瓷驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足。通过3层结构反向传播神经网络自学习方法,在线调整比例-积分-微分控制器的系数,控制压电陶瓷驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到精跟踪伺服系统优化控制。进行了理论分析和实验验证,取得了室内精跟踪数据。结果表明,神经网络比例-积分-微分控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;采用400Hz的CCD,精跟踪伺服系统对40Hz以下的抖动能有效抑制,基本能满足在空间光通信中跟踪带宽需要。     

基于PID神经元网络控制的空间光通信ATP跟踪性能分析

针对空间光通信中跟踪系统的高精度、宽带宽要求,提出了一种基于PID神经元网络(Proportional integral differential neural network-PIDNN)的控制方案.采用MATLAB对所建立的跟踪系统模型进行了仿真分析研究,对采用PIDNN控制器的精跟踪系统的在线训练能力及学习、调整功能进行了仿真验证,同时加入扰动源对精跟踪系统的稳态、动态性能及鲁棒性进行了仿真测试.仿真和测试结果表明:通过PIDNN控制的精跟踪系统具有良好的稳态及动态性能和很强的鲁棒性,系统跟踪精度高且系统带宽较宽.     

脉冲多卜勒频率跟踪系统带宽及其测定方法

本文主要叙述单脉冲跟踪雷达多卜勒测速系统的闭环跟踪带宽及其实验测定法,并结合某雷达给出带宽计算结果和测试结果,结果表明二者十分接近。多卜勒测速系统的核心是细谱线二阶跟踪环。环路跟踪时,鉴频器特性可以线性化处理,环路等效为线性连续系统,这样对环路带宽的分析就十分简便。文中给出了环路的等效伺服框图、传递函数及闭环带宽的表达式,在此基础上提供了一种闭环带宽的实验测试方法,即环路输入一个最大频偏和调制频率已知的简谐源调频信号,在不同调制     

远程红外探测系统瞄准线高精度稳定技术

瞄准线稳定精度是远程红外探测系统的关键指标之一,主要由伺服环路带宽和隔离度决定.介绍了远程红外探测系统的组成,分析了基于FSM的二级稳定技术的原理,建立了粗级稳定平台机电模型、精级稳定平台机电模型和光学传递函数模型,最终搭建了二级稳定伺服控制系统数学模型,通过分析带宽和隔离度传递函数,提出了扰动全补偿的边界条件,同时分析了影响稳定带宽和隔离度的主要因素,对比了二级稳定和传统稳定的稳定效果.仿真结果显示,系统速率稳定回路带宽提升至200 Hz,1 Hz隔离度可达－66 dB,实际测试稳定精度达到12 rad,满足远程红外探测系统对于稳定精度的要求.     

红外精跟踪高帧频数字图像信号实时处理技术的研究

红外成像跟踪设备是一种被动式红外探测设备,具有捕获来袭的飞机、导弹等空中目标,引导伺服跟瞄系统精确对准目标的功能;它由粗跟踪和精跟踪两个单元组成.红外成像跟踪设备要求精跟踪单元引导伺服系统完成对来袭目标的精确跟踪,保证系统实施战术干扰对抗所需的高精度.本文就地面系统的红外图像系统的传输和实时处理等技术作一专门介绍,其技术关键有二:一是提高目标脱靶量的精度和稳定性;二是要保证很高的动态响应带宽.     

空间光通信的粗精复合轴解耦技术研究

国内外的空间光通信系统都采用粗精复合轴结构实现大视场、高精度、高闭环带宽的跟踪系统.粗精控制环解耦问题是复合轴结构控制系统中很重要的问题,它会影响整个APT系统的性能.通过软件仿真和桌面实验,对双探测器的复合轴解耦问题进行了深入的研究,在桌面实验系统中实现了空间光通信要求的3urad的控制精度.     

基于CMOS的量子通信精跟踪系统设计及检验

分析了量子通信中精跟踪系统的构成要素,由于量子通信中信标光的脉冲特性,提出以高帧频CMOS作为精跟踪探测器,其经一体化设计帧频达到2.5 kHz,并以压电陶瓷快速反射镜作为精跟踪执行机构。采用离散化设计及根轨迹方法分析了控制参数取值及系统传递函数。对实验系统进行了实验室及外场32 km车载平台测试,在实验室静态条件下系统跟踪精度优于±1μrad,外场动态情况下跟踪精度优于±8μrad,采用频谱分析方法验证了精跟踪系统干扰抑制带宽大于100 Hz。     

导引头伺服机构的控制系统分析与设计

针对导引头伺服装置的特点,推导了装置在搜索和跟踪工作模式下的输入输出特性,并重点分析了在这两种工作模式下,装置指令跟踪性能和扰动隔离性能之间的差异,指出了传统的只考虑陀螺稳定回路的系统隔离度指标确定与测试方法的局限性,同时提出了采用位置回路补偿陀螺随机漂移误差的方法。该研究为导引头伺服装置,以及其相关光电稳定跟踪装置的陀螺选型、控制系统设计及性能指标测试提供了参考和理论依据。     

基于捷联惯性/GPS组合的伺服跟踪系统软件设计

介绍了数字伺服跟踪系统的组成和控制原理,讨论了影响微控制器选择的几个要素,以任务分类和软件模块化为设计思路研究了系统管理软件模块、捷联惯性/GPS组合的伺服控制算法模块、伺服控制测试模块。最后将设计的软件加载到微控制器中对伺服跟踪系统进行验证。实验结果表明,该伺服跟踪系统软件设计方法好,有工程推广应用价值。     

光电经纬仪伺服控制系统主电源设计

为满足车载光电经纬仪对伺服控制系统控制精度、稳定性以及质量体积等方面的要求,针对伺服控制系统主电源开展了相关研究。主电源作为伺服控制系统的能量供给单元,其稳定性决定了伺服控制系统的稳定性,继而影响伺服控制系统的跟踪精度以及跟踪频率等指标。文章从电源设计要求、主电路、最大脉宽限制电路、PWM控制电路、电压电流检测电路以及电压反馈控制电路6个方面进行了研究,同时依据此方法设计电源。测试结果表明,电源输出为48V DC,输出功率为2400W,峰峰值为310mV,重量为13.8kg,体积为350mm×200mm×110mm。     

基于迭代学习控制的潜望式激光通信终端系统的动态跟踪设计

为提高潜望式激光通信终端伺服系统的动态跟踪性能,针对基于永磁同步电机的二维伺服转台的控制系统进行了设计。通过采取空间矢量控制方法实现电机的解耦控制,建立控制模型并完成了各控制回路的设计。针对动目标跟踪设计了迭代学习控制方法以提高通信终端的动态跟踪性能,并对控制系统的速度阶跃响应进行测试,分析通信终端系统的低速平稳性。最后,搭建了4.62 km激光通信的动态跟踪实验,利用六自由度转台模拟平台抖动,为动态跟踪验证实验创造外部平台扰动条件。实验结果表明:通信终端系统速度阶跃响应的稳态误差为±0.02 (°)/s,表明伺服系统速度回路具有较快的动态响应特性和较高的稳态精度,在最大加速度为0.219 (°)/s2的正弦波扰动条件,二维伺服转台的动态粗跟踪精度可以达到62 μrad,粗精复合跟踪精度优于2 μrad,验证了通信终端伺服系统的有效性及其动态跟踪性能,为进一步提高终端系统的跟踪精度奠定基础。     

空间光通信中精跟踪控制器的设计

精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法.引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强.可有效解决稳定性与准确性的矛盾.实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求.     

机载光电探测系统二级稳定控制分析

采用一种粗精二级稳定的新方法用于对机载光电探测系统视轴及图像进行高精度稳定。该方法的重要特征是采用快反镜和二级稳定控制来获取高工作带宽和对扰动的大幅度衰减。通过基于控制模型和扰动传递函数的建立,理论分析了二级稳定控制的补偿依据。通过仿真结果显示,二级稳定控制可有效提升系统稳定精度,达到设计指标要求。     

新型快速反射镜伺服系统设计

为了满足光电跟踪系统高精度跟踪的要求,针对一种新型内外框架式快速反射镜进行了详细的伺服系统设计。首先,对新型快速反射镜进行了数学建模,采用速度环与位置环相结合的双闭环控制方法,对位置校正环节和速度校正环节进行了参数设计。其次,以DSP 为实现平台,详细阐述了快速反射镜伺服系统的硬件组成。再次,对快速反射镜伺服系统的工作模式和软件工作流程进行了详细说明。最后,为了验证快速反射镜伺服系统的性能,进行了锁零实验和跟踪实验。实验结果表明:快速反射镜锁零时响应快速且稳态误差小于0.3,跟踪时跟踪误差均方根小于7。新型快速反射镜伺服系统能够满足光电跟踪系统对快速反射镜的快速性和高精度要求。     

基于DSP、FPGA与CAN总线的跟踪控制器设计

DSP和FPGA组成的伺服控制系统能够满足复杂的控制算法要求。通过对TI公司的DSP控制芯片和ALTERA公司的FPGA芯片的功能和特点分析,结合CAN总线与上位机通信,设计了一种基于DSP、FPGA与CAN总线的跟踪控制器。给出了该控制器的功能和硬件结构,以及软件流程设计。重点介绍了该控制器的硬件资源选择,工作原理,基本功能模块构成及算法实现。该控制器能够满足高速跟踪的伺服系统在实时性、精确度和稳定性上的高要求,具有良好的功能扩展能力。     

High-bandwidth high-accuracy rotary microactuators for magnetichard disk drive tracking servos

Reports on the design, fabrication, and testing of an electrostatic microactuator for a magnetic hard disk drive (HDD) tracking servo. The design requirements for a microactuator are investigated. These include high Z-directional stiffness, low in-plane stiffness, high structural aspect ratio, large output force, high area efficiency, low cost, and mass batch production. An area-efficient rotary microactuator design was devised, and microactuators were successfully fabricated using innovative processing technologies. The microactuator has a structural thickness of 40 μm with a minimum gap/structure width of approximately 2 μm. Its frequency response was measured and it was determined that it can be modeled as a second-order linear system, up to the 26-kHz frequency range. Moreover, the microactuator will enable the design of a servo system that exceeds a 5-kHz servo bandwidth, which is adequate to achieve a track density of more than 25 kilotrack per inch (kTPI). The microactuator/slider assembly was also tested on a spinning disk, with its position controlled by a PID controller using the magnetic position error signal written on the disk. An accuracy of about 0.05 μm was observed when the servo controller was turned on. Continuous-time dual-stage servos were designed and simulated using the μ-synthesis technique. A sequentially designed SISO and a MIMO control design method have been shown to be capable of meeting prescribed uncertainty and performance specifications     

雷达伺服系统结构谐振频率的测量

雷达伺服系统的结构谐振由机械传动链柔性和负载惯量引起。结构谐振频率直接影响伺服系统的带宽、稳定性、快速响应及跟踪精度。所以,实际测量伺服系统的结构谐振频率,对伺服系统有关性能的整定具有实际的指导意义。基于结构谐振频率的定义,提出了一种工程上易于实现的结构谐振频率测量方法,通过仿真、分析计算和实验证明了该方法的可行性和有效性。