基于机载光电成像系统光学铰链离轴的伺服抗扰算法设计

在小型化机载光电成像系统中,光学铰链与伺服框架轴非正交的离轴设计,给光轴指向控制及卸载飞机扰动的稳定控制带来了一定的困难。为了解决这一问题,系统控制回路采取半捷联设计,通过使用经微分处理后的伺服框架角信号,与叠加了经抗扰算法处理的飞机载体三轴角速度信号共同作为稳定回路的期望值,再进行匹配滤波。对比采用陀螺信号反馈的直接稳定控制回路具有相似的稳定精度。     

基于三轴稳定平台陀螺解耦方法

为了减小像移,机裁成像设备经常采用三轴陀螺稳定平台隔离或消除飞机姿态变化时成像的影响.但由于三轴稳定平台的结构,使得平台在运动过程中轴间不能始终保持相互正交,这就使陀螺输出产生耦合,会使成像系统产生耦合像移,影响成像质量.本文介绍耦合产生的原因,分析产生耦合的原理,根据对原理的分析结论给出一种解耦方法,描述了解耦方案的硬件和软件设计方案.经过实际的成像实验证明,该方法有效地消除了稳定平台陀螺间耦合作用,保证了机载成像系统的稳定精度,较好地消除了飞机姿态变化产生的像移,方法正确可行.     

航空相机稳定平台控制算法设计及其像移补偿

飞行过程中飞机姿态角速度变化会对摆扫式航空相机产生干扰,另外相机在拍摄时飞行方向上的景物与感光介质之间存在相对运动。为消除姿态角速度的干扰和前向像移,设计了一种基于F28335的机载相机两轴稳定平台系统。探讨了伺服控制系统的算法选择,介绍了硬件结构和软件流程。通过摇摆台试验证明,该两轴稳定平台动态精度高、运行可靠,满足相机拍摄时序和精度的要求。     

光电跟踪系统视轴稳定的鲁棒内模控制器设计

针对运动平台上光电跟踪系统既要抑制平台扰动对视轴稳定的影响,又必须对建模误差具有很强的鲁棒性的特点,设计了稳定平台改进鲁棒性的内模控制器。通过在内模控制基础上添加一局部反馈回路构成鲁棒内模控制,并详细分析了鲁棒内模控制对系统建模误差和外界扰动的鲁棒性。仿真和实验结果显示,与采用PI控制相比,鲁棒内模控制在很宽频段范围内提高了系统对扰动的抑制能力,28 Hz以内都有10 dB以上的提高。     

光电稳像平台扰动力矩估计与自适应补偿

针对飞行器光电稳像平台在强气流冲击下，质量不平衡等系统内在因素所引起的扰动力矩增大，导致系统视轴稳定（LOS）精度严重下降的问题，提出了一种典型两轴直角正交结构稳像平台的扰动力矩模型，此模型考虑了框架间运动耦合的影响.针对扰动力矩信号重构过程中的多传感器噪声影响问题，提出了无迹卡尔曼滤波扰动力矩在线估计方法，并构建力矩前馈控制回路，实现了对扰动力矩的自适应补偿.半实物仿真实验结果表明，扰动力矩估计的收敛速度快，估计过程平稳.在0.5 Hz～4 Hz特征频点的载体扰动下，相比于带有摩擦力矩补偿的扰动观测器控制方法，系统视轴稳定精度提高了10.9%～29.3%.     

基于光纤陀螺的旋转惯导数字稳定回路设计与实现

为进一步提高基于光纤陀螺的旋转捷联惯导系统导航精度,设计了一种数字式稳定控制回路.分析了捷联惯导系统对稳定回路控制的要求,建立了简单实用的稳定回路模型及其各参数的测试方法,并研究了一种PII2的控制方法及相应控制系数的选取策略.仿真对比结果表明,在以光纤陀螺组成的稳定回路中,相比于传统PID控制,PII2控制能有效减小角度静差.实验测试结果表明,该稳定回路达到了较高的动态精度,满足设计要求.     

光电平台速率稳定回路的仿真设计

介绍了一类使用速率陀螺为测量元件的光电平台稳定回路的构成,分析了速率稳定回路中影响输出角速度的三个因素,重点就干扰力矩对平台稳定性的影响进行了分析。针对静态力矩刚度的要求,提出了采用一种新的高阶超前滞后校正的校正方法。理论上分析若采用滞后超前校正,而不考虑静态刚度要求,必然得到稳定回路不能抵抗常值干扰力矩的结论。为了对比分析,本文给出了两种校正方法的校正结果,并运用Simulink进行了速率稳定回路抵抗常值干扰力矩的仿真实验。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

一种新型多传感器稳定平台的建模与仿真

设计了一种结构轻巧、精度较高的多传感器稳定平台。在结构设计上,三个陀螺仪和六个加速度计分别安装在三个回转轴对称位置,有利于建立简单的数学模型和增强结构的稳定性。在功能设计上,以高速的DSP控制器TMS320F2812为核心的双闭环控制系统增强了稳定平台的动态性能,提高了系统运算效率。在理论分析仿真阶段,根据实测数据建立数学模型进行离散化处理,解算后进行Kalman滤波,结果显示该方案能够提高稳定平台控制系统的精度。     

惯性平台稳定回路数字控制器的设计与实现

本文主要研究惯性平台稳定回路数字控制器设计与实现中产生的问题及相应的解决办法。文章着重分析了由于平台稳定回路的特殊性和高控制性能指标要求给数字控制带来的困难,并在计算机数字仿真平台数字控制稳定回路的基础上,兼顾到已有的微处理机硬、软件资源的开发和利用,成功地实现了所设计的数字控制器与平台稳定回路的联机实验,获得了较为满意的实验结果。     

基于神经网络的雷达天线稳定平台控制设计

为了提高稳定平台的抗干扰能力,使雷达天线指向稳定保证成像清晰,该文提出一种神经网络PID控制方案,此方案是利用神经网络的非线性映射能力和自学习自适应能力,找到最优的PID三个控制参数,使稳定平台这种非线性系统具有良好的控制效果。通过MATLAB仿真实验证明,神经网络PID控制方案的超调量仅有1.05%,稳态时间只有0.61 s。远远小于PID控制,而其对扰动的响应幅值仅为PID控制的18.6%,与传统的PID控制相比,神经网络PID控制具有更优秀的抗干扰能力,这种控制方案更加适合在复杂环境下工作的稳定平台,有效保证其精度和稳定性。     

基于液浮陀螺的飞行器用的高精度惯性平台设计

设计了平台应用于飞行器轨迹的背景,研究了平台结构特点,从平台系统模型的角度分析了高精度三轴惯性稳定平台的工作原理;基于飞行器轨迹平台的特点,设计了一种新型的陀螺安装方式,利用直接驱动具有高精度、高速度、机械结构简单、可靠等优点,理论分析证明了此种安装方式的可行性和优越性,推导了系统的传递函数,且就偏心距和陀螺仪漂移的影响进行了仿真分析.     

基于温度补偿倾角传感器的双轴稳定平台设计

针对高精度舰载光瞄设备隔离扰动及高稳定跟踪精度视轴的要求,研究一种基于反方向运动抵消舰艇摇摆运动的双轴机械稳定平台。采用MEMS传感器实现倾角测量,采用直流电机实现平台稳定。通过实验方法,测出MEMS传感器的温度特性,再采用分段线性插值补偿模式,在-40^+100℃范围内提高传感器的精度。采用无超调控制技术实现直流电机快速响应和平稳运动。利用改变电枢电压的方法,可以实现对电机堵转转矩的控制,从而实现带负载的角度位置控制。实验结果表明,双轴稳定平台的最大角加速度为57°/s^2,稳定平台指向复示精度达到0.1°。     

机载SAR天线稳定平台的DSP数字控制器设计

机载SAR(airborne Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)中,用三轴稳定平台隔离载机的姿态变化及机械振动来稳定天线波束指向是关键的运动补偿技术之一。本文提出用TMS320LF2407DSP芯片设计机载SAR三轴陀螺稳定平台的数字控制器,介绍了机载SAR对稳定平台的要求和TMS329LF2407DSP芯片用于运动控制器设计的优点,给出了控制系统的原理方框图、数学模型和DSP数字控制器结构图。     

比例–积分控制加广义预测控制算法及其应用

针对比例–积分(proportional-integral, PI)控制因不能预测未来输出而提前改变控制量使其用于光电稳定伺服系统时往往响应剧烈的问题,研究了光电稳定伺服系统的广义预测控制(generalized predictive control, GPC).首先通过证明受控自回归积分滑动平均(controlled auto-regressive integral moving-average, CARIMA)模型的直接递推预测与Diophantine方程预测等价,提出了预测较快的模型等价预测GPC算法,其预测复杂度比原GPC降低了一个阶次.其次通过对PI和GPC的特点进行分析,综合考虑两者的优缺点,提出了一种新型的基于PI增量和GPC增量加权的比例积分控制加广义预测控制(proportional-integral control plus generalized predictive control, PI+GPC)算法,实现了基于历史、当前和未来偏差计算控制量,并给出了算法设计流程和参数选取规则.最后通过仿真并在某光电稳定伺服平台上验证后得出, PI+GPC和PI相比稳定精度有所提高,且平稳性和快速性大为改善.     

增广非最小状态空间法的稳定平台预测控制研究

针对传统的模型预测控制器鲁棒性较差及模糊PID控制系统比较复杂的问题,提出了利用增广非最小状态空间模型与模型预测控制相结合的稳定平台预测控制。建立了稳定平台广义被控对象的数学模型,以增广形式的非最小状态空间模型为基础,结合滚动时域控制原则和线性二次型最优控制,通过对稳定平台离散模型的非最小状态空间形式进行增广变换,给出了基于Laguerre函数的状态反馈增益矩阵算法,设计了增广非最小状态模型下的预测控制器,实现了对导向钻井稳定平台控制系统的仿真研究。仿真结果表明稳定平台预测控制系统可以很好地满足钻井工程对控制精度和动态特性的要求,而且对有时变性的盘阀摩擦干扰力矩及模型参数摄动具有较强的鲁棒性。     

滚仰式半捷联稳定平台的神经网络自适应控制算法

基于滚仰式半捷联稳定平台的机械结构特性,建立了稳定平台的运动学及动力学模型.为了解决动力学建模不确定性以及摩擦力等外界干扰对稳定平台工作性能的影响,实现滚仰式导引头的捷联稳定控制,设计了一种神经网络自适应控制算法,并将其应用于稳定平台的控制之中.仿真结果表明,相比传统方法,提出的算法可以有效提高滚仰式稳定平台抵抗外界干扰的能力,在动力学建模误差、摩擦等扰动很大的情况下仍可以保证滚仰式稳定平台的控制精度,其结果可以为滚仰式导引头的稳定与跟踪控制提供研究基础.     

列尾主机自动检测台气路控制方法探讨

为了有效地提高列尾主机自动检测台的检测效率以及稳定性,减少因电磁阀的频繁启动而给系统带来的不稳定隐患,通过机理建模的方法,建立了列尾自动检测台气路控制系统的非线性数学模型的基本结构,利用非线性最小二乘方法辨识模型参数,设计了一种基于计算的精确控制列尾主机自动检测台气路系统的实现方案.该方案优化了气路控制系统性能,有效地提高了其精度和稳定性,是一种切实可行的方案.     

基于QDRNN-ADRC的重力稳定平台控制研究

针对稳定平台系统存在系统模型不够精确或者参数变化,或者外部干扰未知等现象,以及采用自抗扰控制器存在参数众多且难以整理的问题,提出了一种基于准对角递归神经网络—自抗扰控制器(QDRNN—ADRC)的重力稳定平台控制算法.通过自抗扰控制器对系统的"总扰动"进行估计并补偿,同时引入神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定,基于自抗扰控制技术核心架构设计了QDRNN—ADRC.仿真结果表明:有效解决了重力稳定平台利用神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定外扰动的干扰以及参数自适应整定问题,相对于传统控制方法,其在稳定精度、快速性及抗干扰性方面均具有一定优势.     

机载光电稳瞄平台的扰动观测分数阶控制方法

随着机载光电稳瞄平台在国防军事领域的广泛应用,现代武器系统对机载光电稳瞄平台控制技术的要求越来越高.鉴于此,结合分数阶控制和扰动观测器原理,提出一种基于扰动观测的分数阶控制方法,用于提高机载光电稳瞄平台控制系统的各项性能.给出相应的闭环控制系统结构和控制器设计方法,并对其输入输出特性、扰动抑制能力等性能进行研究.在阶跃响应、正弦跟踪、扰动抑制和鲁棒性等仿真实验中,所提出控制器均表现良好.仿真结果表明,所提出基于扰动观测的分数阶控制器不仅具有分数阶控制响应速度快、鲁棒性强的特性,还表现出扰动观测器抗扰能力强的优点,可以达到提高机载光电稳瞄平台控制系统性能的目的.