基于图像测量的Stewart平台双阶控制技术

Stewart平台具有六自由度运动特性,既可用于隔振,也可用作跟踪平台。但是隔振功能要求系统带宽低,而跟踪功能则要求系统带宽高,二者的矛盾使得使用具有隔振功能的Stewart平台很难实现高精度跟踪。为了解决这一技术问题,引入高带宽的倾斜校正系统,构成双阶控制结构,以提高精度。传统的双阶控制需设计解耦环节,需要独立的测量传感器实现分级控制。本文提出了一种基于单传感器的控制方法,对传统的双阶结构进行改进,避免解耦环节,实现对Stewart-TTM高精度稳定闭环。为了进一步提高系统在带宽内的跟踪精度,设计PI-PI控制器经理论分析以及实验验证：基于单传感器测量的Stewart的双阶控制结构既能够满足隔振要求,又能够实现高精度跟踪控制。     

硅微陀螺仪闭环校正控制系统设计

为了提高硅微陀螺仪的精度,对硅微陀螺仪的闭环校正控制系统进行了研究.首先,推导了简化的开环系统传递函数,分析表明为了防止谐振峰值的出现,相对频差δf必须小于等于1/(2Qy).其次,利用反馈力矩器的负刚度效应,消除两模态的相对频差,提高系统的机械灵敏度.最后,在无频差情况下,设计一个带有无源阻抗网络的比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)校正环节,校正后系统的相角裕度为52°,幅值裕度为18dB,闭环带宽为931 rad/s,实现了闭环系统校正.仿真和实验表明闭环校正电路是可行的.相对于开环检测,闭环校正系统的量程增加了1.6倍,标度因数非线性减小了45.6倍,零偏稳定性提高了2.56倍.同时,标度因数对称性、标度因数重复性、阈值和分辨率等性能都得到较大改善.     

光电精密跟踪中的复合轴控制系统的实验和研究

从理论上分析了复合轴控制系统的稳定性、快速性和跟踪精度，提出了提高子、主系统的带宽比对复合轴系统的重要意义。同时，本文设计了一个一维复合轴控制系统，对复合轴系统进行了实验。研究了子轴采样频率、子轴带宽以及子、主系统带宽比和复合轴系统动态跟踪精度的关系。并对于轴的误差进行了分析，得到了子轴误差产生的主要原因。文章最后给出了本文的结论。     

光纤陀螺时滞环节的实时补偿技术

光纤陀螺已广泛应用于光电跟瞄设备的稳定回路,但其内部信号处理和传输延迟所造成的时滞环节却对稳定回路可实现的带宽设置了约束条件.在比较了有限记忆滤波,卡尔曼滤波和最小二乘法三种补偿方法基础上,采用最小二乘法对光纤陀螺的测量输出进行预测用以补偿其时滞环节.针对光纤陀螺测量要求和时滞特性,分析了影响补偿精度的因素,试验了不同的最小二乘法拟合多项式次数的补偿结果.实验结果表明,采用5点4次外推2点的最小二乘法即能在200 Hz的频率范围内,使光纤陀螺的时滞环节得到较好的补偿.     

具有延迟特性的倾斜镜系统中速度-位置控制方法

在基于图像传感器的倾斜镜控制系统中,由于传感器采样频率和系统延时的影响,限制了系统的闭环性能和控制带宽。在有限带宽的条件下,本文提出利用光栅尺测量位置,差分得到速度,实现基于图像传感器系统的速度-位置反馈控制,从而提升倾斜镜控制系统的误差抑制能力。速度反馈环节的引入,使控制系统呈微分特性,当速度反馈闭环完成后,图像位置回路具有积分特性,此时使用PI控制器稳定系统,从而使得系统从零型上升为二型系统,提升系统的误差抑制能力。仿真和实验都证明这种方法可以有效地提高跟踪控制系统的闭环性能。     

非接触式光学柔性三坐标测量系统

文中以透视投影变换为依据，为基于两台经纬仪形成的一种非接触式光学柔性三坐标测量系统提出一全新的数学模型。该模型的提出不仅大大减少了系统定标的人为调整过程，即无需互瞄和精确调水平，使得定标操作简单，精度高；而且使系统的建立更为随意，灵活，增强了非接触式光学柔性三坐标测量系统的应用价值，实验证明了所提出数学模型的正确性，并获得０．０５ｍｍ的空间精度。     

提高采样控制系统带宽的方法研究

影响控制系统带宽的主要因素有机械结构谐振频率、系统加速能力和系统采样频率。对影响采样控制系统带宽的因素作了详细的分析,给出在低采样频率下扩展系统带宽的两种方法棗虚拟采样法和多频率采样控制法,并对虚拟采样法进行了详细的讨论。实验结果表明,虚拟采样器在插值次数小于等于4时,插值精度可以满足要求,能够将系统带宽扩展3倍左右。     

基于闭环特性的音圈电机驱动快速反射镜控制

建立了音圈电机驱动快速反射镜的控制回路模型,并利用该模型对实际对象的参数进行了辨识。设计调节器时从闭环特性入手,采用了基于理想闭环特性(最佳二阶特性)的逆向设计方法。该方法只需调整两个物理意义明确的控制参数阻尼系数和自然频率,可以得到较好的实际效果,从而提高了调节器设计的简洁性与实用性。经试验与仿真验证,该方法效果明显,扰动抑制带宽能达到采样频率的1/6左右,闭环带宽达到采样频率的1/5。     

随机噪声对伺服系统跟踪精度的影响

文中以经典的三闭环伺服系统为研究对象,较为详细的论述了测流噪声、测速噪声、测位噪声以及力矩扰动噪声对跟踪精度的影响;推导了四种随机噪声与跟踪精度之间的传递函数;通过对传递函数的变换,得出了系统带宽及校正环节与随机噪声关系,为传感器选择、测量数据处理和校正环节的参数整定提供了参考;给出了随机噪声服从高斯分布情况下的仿真实验,针对随机噪声与跟踪精度的幅频特性,提出了一种分段线性化计算平均衰减倍数的方法.通过这种方法计算了四种随机噪声对跟踪精度的量化影响,并与仿真结果进行了比较,结果表明,这种分段线性化方法是正确可行的.最后,给出了四种噪声同时作用于伺服系统时的计算结果和仿真实验结果,得出了同样的结论.     

谐振筒式液体密度传感器的设计

短筒谐振式密度传感器是以短筒谐振管为核心,基于正反馈原理,由激振元件、拾振元件、谐振子和放大电路组成的高品质闭环谐振系统．采用有限元法分析方法,研究计算了圆筒谐振子的静力学特性和模态响应等动力学特性;设计了短筒谐振管传感器和闭环振荡电路及单片机信号处理系统;分析了温度、压力、黏度等因素对测量结果的影响,对传感器进行了标定,并采用温度补偿方法提高了传感器的测量精度．实验表明20℃时传感器测量结果的不确定度为0.96kg／m3．圆筒谐振燃油密度传感器测量精度达到0.4kg,m3．     

速度滞后补偿参数对光电伺服系统的影响分析

速度滞后补偿是一种提高光电伺服系统跟踪精度的有效方法．本文阐述了该方法的基本原理,论证了该方法不改变系统带宽的原因,并用数学方法分析了速度滞后补偿参数对伺服系统稳定性及跟踪精度的影响,指出增大比例系数或减小滤波系数都会提高系统的跟踪精度,但两者都会降低系统稳定性．同时给出了选择补偿参数的方法．通过仿真及试验验证了文中的结论．     

高速倾斜反射镜机械谐振频率的改善

高速倾斜反射镜（以下简称倾斜镜）是自适应光学,跟踪瞄准等系统中的重要器件。随着系统对宽带和精度等指标要求的提高,倾斜镜的结构固有愈来愈成为系统性能的重要限制因素。本文从机械振动理论出发提出了一种通过降低模态耦合人而改善倾斜镜机械谐振频率的方法。     

空间光通信综合参数测试用双通道望远系统

提出一种用于空间激光通信综合参数测试的双通道望远系统,长焦通道满足端机远场分布等参数的测量,无焦望远通道可用于跟瞄性能测量。分析了空间激光通信端机远场分布及跟瞄性能测试的原理,设计了一套双通道望远系统装置,该装置光学系统可分别构成离轴卡塞格林系统或离轴三镜无焦望远系统,工作谱段为800～1700nm,通光孔径为300mm。完成了系统的研制和装调,并进行了性能检测,结果表明,长焦通道波像差为0.097λ(λ=632.8nm),无焦通道波像差为0.048λ,均满足设计指标要求。     

卡尔曼滤波器在机载跟踪伺服系统中的应用

本文介绍卡尔曼滤波器在机载成象/跟踪伺服系统中的应用,重点放在控制算法及其实现上。文中指出,这种跟踪滤波器能够在一个采样周期内消除误差,因此,提高了控制带宽,跟踪瞄准误差的限度由滤波器预测误差所决定;整个带宽可以调整;对目标机动性适应能力好;计算要求适度,易于实现。最后给出采用高速数字处理器(TMS320)实现的设计。     

自由空间激光通信系统APT粗跟踪伺服带宽优化设计

复合轴APT控制子系统是自由空间激光通信系统中重要组成部分和关键技术,其中粗跟踪伺服单元主要完成高概率,快速捕获和高稳定、高精度跟踪.通过对影响粗跟踪精度的动态滞后误差、平台振动误差和CCD光斑检测误差进行理论分析与MATLAB仿真,并根据复合轴APT结构特性对粗跟踪伺服带宽进行优化选择,使其既能满足粗跟踪精度要求,又能使APT复合轴控制总精度达到最优,最后结合课题建立星际激光通信系统复合轴APT实验系统,实验结果与理论分析和仿真基本一致.     

一种提高转台伺服系统精度的方法

转台正弦摇摆时换向误差较大,影响系统的跟踪精度。对此,提出了一种变增益算法,将速度回路的前向通道放大倍数设计为一个以系统输入速度作为自变量的函数,使其随着系统速度的变化而自动调整。在低速运行时,放大倍数较大,提高系统刚度,可获得较高的低速跟踪精度;在高速运行时,控制放大倍数,以保证系统的动态性能。设计了两种变增益函数进行实验,实验结果表明,该方法可以把换向误差从48 减小到10,是一种较为实用和有效的设计方法。     

直流电动机在高精度光电跟踪系统中的应用

高精度光电跟踪系统用以完成对模拟动态目标的准确跟踪 ,要求跟踪元件响应快、动态性能好、精度高 ,因此跟踪元件的性能直接影响系统的跟踪特性和精度。直流力矩电机的优点是调速性能好 ,启动转矩大。正是这一特点 ,在高精度光电跟踪系统中尝试使用直流力矩电机控制反射镜跟踪目标。高精度光电跟踪系统要求在一个较大的视场内实现对静态目标和动态目标的高精度快速跟踪。     

Model analysis and resonance suppression of wide-bandwidth inertial reference system

In the fields of earth observation, deep space detection, laser communication, and directional energy weapon, the target needs to be observed and pointed at accurately. Acquisition, tracking, and pointing(ATP) systems are usually designed to stabilize the line of sight(LOS) within sub-micro radian levels. In the case of an ATP system mounted on a mobile platform, angular disturbances experienced by the mobile platform will seriously affect the LOS. To overcome the problem that the sampling frequency of detectors is usually limited and achieving several hundreds of hertz is difficult, the wide-bandwidth inertial reference system(WBIRS) and fast steering mirror are usually integrated into ATP systems to mitigate these angular disturbances. To reduce the structural stress, a flexible support providing two rotational degrees of freedom is usually adopted for the system. However, the occurrence of resonant points within the bandwidth will be inevitable. Measurements have to be taken to compensate these low-frequency resonant points to realize a wide bandwidth and high precision. In this paper, the lowfrequency resonant points of a system were simulated using finite element analysis and tested by a system identification method. The results show that the first-order resonance happened at 34.5 Hz with a gain of 28 dB. An improved double-T notch filter was designed and applied in a real-time system to suppress the resonance at34.5 Hz. The experimental results show that the resonance was significantly suppressed. In particular, the resonance peak was reduced by 79.37%. In addition, the closed-loop system settling time was reduced by 36.2%.     

Tracking in a ground-to-satellite optical link: effects due to lead-ahead and aperture mismatch, including temporal tracking response

Establishing a link between a ground station and a geosynchronous orbiting satellite can be aided greatly with the use of a beacon on the satellite. A tracker, or even an adaptive optics system, can use the beacon during communication or tracking activities to correct beam pointing for atmospheric turbulence and mount jitter effects. However, the pointing lead-ahead required to illuminate the moving object and an aperture mismatch between the tracking and the pointing apertures can limit the effectiveness of the correction, as the sensed tilt will not be the same as the tilt required for optimal transmission to the satellite. We have developed an analytical model that addresses the combined impact of these tracking issues in a ground-to-satellite optical link. We present these results for different tracker/pointer configurations. By setting the low-pass cutoff frequency of the tracking servo properly, the tracking errors can be minimized. The analysis considers geosynchronous Earth orbit satellites as well as low Earth orbit satellites.