偏轴反射镜平台视轴稳定技术及建模分析

常规反射镜平台采用方位/俯仰型两框架结构形式,探测器视轴平行于外框架旋转轴。区别于常规反射镜平台,偏轴反射镜平台不再遵循探测器视轴与外框架旋转轴平行的原则,其视轴角速度具有强耦合和非线性的特点。主要研究了这类偏轴反射镜平台的运动学、动力学建模和视轴稳定机理。首先,采用虚拟整体稳定平台技术推导平台运动学方程,并确定了虚拟平台框架类型的选取原则。在此基础上推导了完整的视轴坐标系动力学模型。然后,对载体运动耦合机制进行了分析并给出了控制框图。最后,对视轴运动特性进行仿真分析。仿真结果表明,该平台在视轴指向、力矩耦合等方面具有不同于常规反射镜平台的特性,且由视轴运动非线性引起的视轴交叉耦合力矩大于惯量耦合力矩。     

基于逆系统的光电平台非线性解耦控制

针对两轴两框架光电平台电机存在的非线性以及方位与俯仰轴系之间互相影响产生的耦合对控制精度的影响,提出一种基于逆系统的光电平台非线性解耦控制方法.根据两轴光电平台方位与俯仰框架的动力学模型,建立状态空间方程,然后设计逆系统,获取系统的状态变量,并将逆系统与原系统进行串联得到一个伪线性系统,使原来的单个耦合非线性多输入多输...     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

精密两维转镜的动力学仿真与控制误差分析

精密两维转镜作为激光角度欺骗干扰半实物仿真试验系统中模拟弹目、弹干扰视线运动的重要设备,其控制误差是影响视线运动模拟精度的重要因素,进而影响半实物仿真试验精度。以多体系统动力学方法推导了精密两维转镜的机电分析动力学模型,采用计算力矩法设计了两维转镜的轨迹跟踪控制器,并在Matlab/Simulink环境中对建立的反映转镜动态特性的数学模型进行了仿真,转镜方位、俯仰轴对等效正弦输入信号的角位置跟踪误差分别为2.2 mrad与3.5 mrad,结果表明:模型可实现对引导输入的角位置信号的高精度跟踪控制。     

车载光电系统跟踪精度的分析与提高

为提高车载光电系统作战性能,对系统跟踪精度的影响因素与误差源进行分析。进而根据误差的产生条件,对其进行分类与合成,推导出系统误差与随机误差的计算公式。并以某一光电系统为例分析计算,最后提出跟踪精度提高与补偿的方法。结果表明,该光电系统的方位系统误差为0.325 mrad,俯仰系统误差为0.283 mrad,随机误差为0.276 mrad,均小于0.5 mrad,满足技术指标要求。     

两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为20 mrad的两轴快速反射镜在入射角为45时视轴指向误差小于8rad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率Ly残差远大于Lz,且入射角i为45时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。     

基于陀螺稳定的机载光电转塔系统建模与仿真

机载光电转塔系统是一种多自由度高精度随动控制系统。能够快速随动、大范围跟踪、高精度对被探测区域目标进行搜索、捕获、跟踪和瞄准,为载机提供高精度和高分辨率的外部环境信息,用于态势感知和指挥决策。建立两轴两框机载光电转塔系统在方位和俯仰的陀螺稳定数学模型,及两者之间的耦合关系。搭建了机载光电转塔系统在方位和俯仰两个自由度的联合仿真模型,根据实际应用需求,在MATLAB仿真环境下对不同外部输入和模拟载机姿态变化扰动的环境进行了全系统联合仿真。对系统的仿真特性进行了分析,仿真结果表明,建立的全系统联合仿真模型合理,系统能够快速响应与稳定控制调节,具有较高的陀螺稳定随动控制精度。     

光电平台惯性稳定系统的自适应动态摩擦补偿

机载光电平台能够实时获取侦察测量信息,通过设计惯性稳定系统隔离载体运动以减小光学传感器视轴的抖动。对于采用整体稳定方式的光电平台,环架轴系间的摩擦是影响视轴稳定精度的主要扰动因素。考虑摩擦力矩由LuGre动态摩擦模型描述,针对动态摩擦参数和系统负载特性未知的情况,为惯性稳定回路设计了一种模型参考自适应摩擦补偿控制器。通过类李雅普诺夫分析证明了闭环系统跟踪误差的渐近收敛性。仿真结果显示,相比采用传统的比例积分惯性稳定控制器,光电平台系统的稳定精度得到显著提升。     

三轴天线轴间耦合力矩分析及前馈补偿技术

文章分析了转台式三轴天线工作原理,对方位与第三轴在系统跟踪时产生的轴间耦合扰动力矩进行推导,提出了采用前馈补偿方式来降低轴间耦合扰动对系统跟踪的影响,最后采用SIMULINK仿真软件对前馈补偿设计建模仿真,最终利用仿真结果验证了前馈补偿设计对抑制转台式三轴天线轴间耦合扰动是非常有效的.     

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。     

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。     

半捷联导引头隔离度影响与STUKF在线补偿

传感器的刻度尺系数不匹配与机械结构运转造成的干扰力矩为引发半捷联导引头隔离度产生的主要原因。针对上述问题,首先将不同因素所引发隔离度对导弹控制系统稳定性与制导精度的影响进行了比对。然后,建立了考虑隔离度寄生回路影响的非线性滤波模型,采用强跟踪无迹卡尔曼滤波（STUKF）算法,对传感器刻度尺误差、稳定平台干扰力矩与弹目视线角速度进行同时估计,以达到在线辨识与补偿导引头隔离度的目的。最后,对在线补偿方案进行了数字仿真验证。实验结果表明:所提方法能有效改善系统的制导性能,提升导弹的制导精度,并具有较好的抗干扰性与鲁棒性。以上理论分析可为半捷联导引头隔离度的综合评估以及在线补偿方面的工程应用提供指导。     

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。     

半捷联导引头光轴稳定性

为研究半捷联导引头光轴稳定性,对影响半捷联导引头光轴稳定的因素进行了分析。通过对半捷联稳定原理和传统速率陀螺稳定原理的分析和比较,揭示了半捷联稳定的实质。根据半捷联稳定方式下平台框架的惯性空间角速度表达式,分析了影响半捷联稳定的主要因素。针对影响半捷联稳定的弹体扰动和扰动力矩,采用了匹配滤波和扰动观测器的方法提高系统稳定精度。数值仿真结果表明,匹配滤波的方法有效地减小了弹体扰动对系统稳定的影响,平台对弹体扰动的解耦精度在1 Hz时提高了38 dB;扰动观测器有效抑制了扰动力矩对系统稳定的影响;采用高精度、低噪声的传感器是减小测速噪声对系统稳定影响的关键。综合仿真结果显示,在对3个主要因素补偿后,系统的稳定误差减小了近94%。     

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。     

半捷联导引头机电平台观测器的角速率估计

为准确获取半捷联图像导引头视线角速率,构建了Kalman观测器对电机平台进行框架角速率估计。首先,根据半捷联导引头稳定跟踪原理,建立了以Kalman观测器为状态反馈的数学模型;其次,根据编码器误差特性,应用最优估计理论计算分析了估计精度与观测器参数之间的关系;再次,在保证稳定平台带宽的前提下,设计了两种不同采样率下的Kalman观测器;最后,进行了数字仿真实验验证。结果表明:在2 000 Hz采样率下,估计算法角速率精度为0.098 9 ()/s,优于200 Hz采样率下的0.301 3 ()/s;两种采样率下导引头带宽均为59.6 rad/s,平台隔离度为1.5%。提高导引头稳定系统采样率并与相应控制参数匹配,能有效提高平台角速率估计精度。