2 m望远镜消旋K镜转台的模型辨识

针对某2 m望远镜消旋K镜转台,提出了一种基于Hankel矩阵奇异值分解的特征系统实现算法对系统的参数和阶次进行辨识。首先,以正弦扫描信号激励转台并同步采集位置反馈信息,利用谱分析法对测试数据进行分析,得到了系统的频率特性曲线;其次,对系统的Hankel矩阵进行奇异值分解,得到了K镜转台的结构模型;最后,采用特征系统实现算法对Hankel矩阵进行辨识,得到了K镜转台的参数模型。实验结果显示:K镜转台相对均衡的最小阶阶次为6阶,在系统的中低频段获得幅度0.31 dB和相位0.87的辨识精度,相对于参数递阶辨识方法,分别提高了50.7%和23%。结果表明:该方法能够确定一个与系统外特性等价的相对均衡的最小阶状态空间模型,在辨识系统阶次和参数估计方面具有较好的可行性和实用性。     

光电跟踪转台伺服控制策略研究

针对高性能光电跟踪转台负载重、摩擦大、跟踪精度要求高等特点,提出了基于复合控制的伺服控制策略,速度环路设计了带有扰动观测器的线性二次最优反馈控制器,并在前向通道增加了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),提高速度环的跟踪性能,位置环采用非线性PID反馈控制方式降低超调,提高稳态精度;将低速率的位置给定信息分别进行插值细分和滤波,通过高增益微分器和卡尔曼预测滤波,对转台速度和加速度进行预测和估计,进行前馈实现复合控制,实践证明,这种策略可以有效提高大加速度下的跟踪精度。     

光电跟踪架传递函数辨识方法及应用

鉴于传统的光电跟踪伺服控制系统频率响应测试方法复杂的缺点,采用了一种全数字化频率响应测量方案对光电跟踪架的频率特性进行测试。提出了一种递阶辨识法与传递函数参数辨识算法相结合进行传递函数辨识的新方法,并推导出了适用于不同阶次传递函数的辨识算法数学模型。在使用递阶辨识法辨识出系统阶次的基础上,利用测试得到的数据,分别采用最小二乘法和以新推导出的数学模型为基础的Levy法、Sanko法和Vinagre法辨识出了光电跟踪架的传递函数。辨识结果表明,新推导出来的数学模型正确,以其为基础的辨识算法误差均小于最小二乘法;3种算法中,Sanko法在整个频域内的辨识效果最好;采用递阶辨识原理与参数辨识算法相结合的方法可行,且精度较高。     

光电装备模拟训练数字跟踪转台实时仿真

针对光电对抗装备模拟训练中跟踪伺服转台实时性能仿真实现问题,运用数字转台概念,采用Matlab/RTW/xPC Target工具构建了能够模拟实物跟踪转台功能、性能的实时仿真分析环境,在普通PC机上实现了跟踪伺服转台实时性能的半实物仿真。完成了实时仿真分析平台软硬件及控制算法的设计与仿真测试,结果表明,该仿真方法能够模拟自动跟踪、外引导、操作手单杆跟踪三种状态下装备跟踪转台系统性能,既保证了实时性也大大减少了开发成本,也能够快捷高效进行跟踪控制算法的设计调试与快速控制原型实现,具有重要工程应用价值。     

基于PMSM的舰载光电跟踪系统设计

设计了一种永磁同步电机驱动的舰载光电跟踪系统,利用光纤陀螺实时检测光电跟踪器的运动状态,由永磁同步电机通过齿轮间接驱动光电跟踪系统,使其在惯性空间保持稳定。不同于陆基光电跟踪系统,舰船受风浪影响所产生的摇摆运动会耦合到舰载光电跟踪系统,对其跟踪性能产生较大的影响。为了减小舰船摇摆带来的影响,降低齿轮间隙、死区、摩擦、系统模型失配等扰动的影响,设计了舰载光电跟踪系统的干扰观测器(DOB),利用DOB观测出包括舰船摇摆所造成的各种扰动,将其作为补偿信号前馈到控制输入端,减小非线性扰动对系统的影响。实验结果表明,该方法能提高光电跟踪伺服控制单元的抗干扰能力,有效提升系统的控制性能。     

模糊PID控制光电跟踪系统的抗干扰性分析

机载光电跟踪系统是一个复杂的非线性系统,影响其性能品质的因素很多。笔者建立的数学模型是略去很多非线性因素建立的线性模型,是没有外界干扰下的模型,和实际系统有一定的区别。为说明模糊自适应PID控制对不确定性系统有较强的鲁棒性,引入模型参数摄动方法,即增加外界干扰时进行仿真研究。最终得到了系统稳定的结论,为模糊自适应PID控制器的设计提供了理论依据。     

光电跟踪伺服系统的自适应差分进化算法辨识

为了获得准确的光电跟踪伺服系统的模型,采用自适应差分进化算法对光电跟踪伺服系统进行辨识研究,该算法根据辨识误差平方和自动调整变异、交叉因子。在输入为正弦离散数字信号下辨识系统的离散模型。为了验证算法的有效性,在频域内与扫频法辨识的一、二阶模型和系统实际输出比较研究。实验结果表明:在相同正弦离散信号条件下,辨识输出与系统实际输出基本一致,与扫频法的RMSE相比减小了20.33%,二阶模型在高频段偏离系统实际输出稍大些,一阶系统输出与系统实际输出基本一致。研究结果表明,自适应差分进化算法计算量小,方法简便,辨识准确,在光电跟踪伺服控制领域具有一定的工程应用价值。     

基于FPGA的光电跟踪控制系统设计

为了提高光电跟踪控制系统可靠性和实时性,设计了一种基于FPGA的控制系统.该控制系统以一块FPGA芯片为核心,主要完成传感器信号处理,控制算法实现,脉宽调制方波生成,与上位机通信等任务.采用Xilinx公司的ISE7.0平台进行开发,并用层次化和模块化的方式进行设计.实验结果表明这种设计方法使系统以比较低的成本获得了很高的处理速度,从而提高了系统的性能.     

永磁同步电机GWO-PID优化控制

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）由于具有结构简单、效率高、重量轻、故障率低等特点,成为新能源汽车中一类动力电机,并被广泛地使用。由于PMSM拥有强耦合,非线性、动态时变系统的特点,当其处于运行状态时会受温度、磁通、电流等因素影响,使电机系统参数产生变化。这些变化会极大地影响系统的鲁棒性以及各种性能稳定性。然而在使用同步电机的过程中,对系统参数的高精度识别以及控制是保证控制系统可以平稳运行的重要条件。针对永磁同步电机(PMSM)参数辨识算法存在辨识精度低、同时辨识多参数困难等缺点,提出一种基于永磁同步电机模型的灰狼优化算法(GWO)的PID控制策略。在MATLAB软件中利用Simulink中建立了PMSM模型,通过对比PID、GWO-PID在启动环节和负载变化时的速度变化,验证了改进GWO-PID控制的有效性。仿真结果表明GWO-PID控制具有更快的响应,更好的抗干扰素力。经仿真与实验表明,GWO算法对于PID控制的PMSM参数辨识具有更好的精确性、收敛性和稳定性。     

精密光电转台的结构方案探讨

分析比较了当前各种光电转台的结构特点,为结构方案的定型提供了充足的依据。从转台的基本框架结构、支承方式、动力源、驱动方式到轴系结构等方面都进行了具体的设计分析,并进行了校核计算及误差分析。最终确定了精密光电转台的结构方案,根据本方案研制的转台测试达到了很高的精度,验证了精密光电转台结构方案的合理性。     

光电经纬仪转台动态特性研究

光电经纬仪转台的动态特性对经纬仪瞄准与跟踪性能有重要影响。针对某型号经纬仪展开研究,基于3D Solid单元建立了有限元模型,采用Bathe子空间迭代法对转台进行了模态分析,获取了转台前6阶模态。进行了力锤激励模态测试实验,仿真结果与实验结果误差在12%以内。基于隐式积分法对经纬仪进行了扫频分析,结果表明,该型号经纬仪转台对350 Hz激励最为敏感。研究结果为经纬仪转台结构改进提供了指导,并为控制系统的带宽设计提供了依据。     

精确模型辨识的光电平台自抗扰控制器

针对实际工程中的复杂光电平台对控制精度要求越来越高的需求,提出一种依据系统精确模型辨识方法的自抗扰控制器设计方法。考虑机械谐振和摩擦因素,建立光电载荷控制系统精确数学模型,并根据系统输入输出特性辨识系统的数学模型参数,在所辨识模型的基础上设计自抗扰控制器。以某型光电跟踪平台为例,设计了4阶跟踪微分器,5阶扩张状态观测器和非线性状态偏差反馈控制律组合的自抗扰控制器。在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,对PID控制器和自抗扰控制器进行仿真对比,结果表明,采用自抗扰控制器的系统超调由1.8%减小到0.9%,系统最大跟踪误差由0.03（）/s减小到0.013（）/s,超调更小,响应时间更快,抗扰动能力更强。     

Physical simulation of trajectory tracking for tracking performance evaluation of photoelectric turntable

Focus on the tracking target for detection indoor, the angle peak characteristics are analyzed based on uniform circular motion and the void-zone is proposed. The sine angular trajectory is used to transform the actual target into the infield, which improves the value adaptability of the peak angular acceleration to velocity and accommodates the mobility condition of photoelectric turntable. Fight trajectory is generated by a tri-axial optical target and the tracking experiment is carried out by theodolite to realize the physical simulation of trajectory, which provides powerful conditions for evaluating the tracking performance of photoelectric turntable under the mobility index.     

适用于光电跟踪的快速相关匹配算法

本文是基于TMS32020高速信号处理器基础上实时实现的一种快速积相关算法。采用平方增强,粗精搜索,自适应设定门限方法,先去掉大量不匹配点,然后在精搜索时进一步提高配准精度,此算法在低信噪比下效果尤其显著,经过在计算机上进行仿真实验,证实了上述算法的正确性。     

气流扰动下光电系统高精度稳像控制方法

气流随机冲击引起的姿态扰动是飞行器光电系统的主要扰动源,在系统自身转轴摩擦和质量不平衡等因素的作用下,严重影响了光电系统视轴稳定性。为了有效抑制扰动力矩的影响,建立了外俯仰、内方位两轴光电系统动力学模型,给出了扰动因素和运动耦合综合作用下的扰动传递关系。根据系统动力学模型,提出了扩展卡尔曼滤波扰动力矩估计方法,并构建扰动力矩前馈控制回路,实现了对扰动力矩的实时补偿,大大提高了光电系统的稳像控制精度。利用飞行模拟转台对某两轴光电系统进行了半实物仿真实验,结果表明:在幅值为1、频率为2 Hz的载体扰动条件下,采用前馈补偿方法系统俯仰和方位框架的视轴稳定精度均方根值分别达到0.026 4 mrad和0.029 0 mrad,相比扰动观测器控制方法分别提高了64.1%和69.6%。     

基于LabVIEW的音圈电机驱动小角度转台系统辨识方法

通过分析逆重复伪随机序列(L序列)的生成原理,设计了一种基于LabVIEW的L序列生成方法,将其作为音圈电机驱动的小角度转台的辨识输入信号,同时以转台上测角装置的测量值作为反馈输出信号,用最小二乘法对输入输出信号进行参数辨识,从而确定了转台的传递函数。最后,将输入信号代入传递函数与实际输出信号进行了对比,并对一系列的频率点进行了验证。结果表明,这种方法具有较高的辨识精度,对研究转台的高精度控制算法具有重要的参考价值。     

利用SD卡实现无人机载光电仪器自动控制的方法

论述了一种基于SD卡技术实现无人机载光电仪器自动控制的方法。其核心为利用SD卡作为设备载体,采用AVR单片机控制系统工作,在无线控制链路失锁后读取SD卡内容,并根据设备当前工作状态按照预先设定的工作模式控制设备继续工作,同时将设备的状态信息存入SD卡中。单片机与SD卡之间采用SPI接口,与设备分系统之间采用RS422接口。描述了单片机与SD卡以及各分系统之间的硬件及软件设计方案。本方案在作者所在的红外航空相机课题中得到了实际的应用,经过一年多的实践,用文中所述方法有效地完成了机载光电仪器的自动控制,保证了设备在无线链路中断的情况下也能正常工作,同时为事后的维修提供了依据。