光电系统扰动隔离度指标测试方法

在推导出光电跟踪仪扰动隔离度计算公式的基础上,给出了2种测试扰动隔离度的方法:基于模拟环境测试方案和载体平台测试方案。通过分析2种测试方案的试验数据,分别阐述了它们的优缺点和适用的场合,并指出速度环的带宽是影响双环路控制模式下系统隔离扰动能力的关键因素,最后提出了增加扰动隔离度的控制模式优化建议。     

平台间光束耦合传输与控制技术研究

介绍了平台间光路耦合传输系统的构成及光轴稳定控制的实现方法,开展了耦合校正系统和探测控制系统的设计,对校正系统进行了动态范围和模态仿真,优化设计后研制出光束耦合传输与控制系统。在对快反镜性能参数测试之后,开展了平台间光束耦合传输与控制实验,当振动台加载0 db振动谱且控制系统开环时,光轴X轴抖动10.9″@RSM,Y轴抖动102.3″@RSM,闭环时,光轴X轴抖动0.75″@RSM,Y轴抖动1.11″@RSM,通过频谱分析发现,快反镜光轴耦合系统闭环时对28 Hz以内光轴抖动具有较好地抑制作用,在系统开环残差较大的频率段2～6 Hz的抑制比为?40～?30 dB。实验结果表明,该光轴耦合控制系统对平台间光束传输过程中光束抖动具有较好地抑制和稳定效果。     

基于扰动源分类控制的二维陀螺平台过顶稳定方法

针对二维陀螺平台方位瞄准线控制在过顶位置时因驱动轴和敏感轴存在非线性约束导致的不稳定问题,分析了不同类型扰动源对方位瞄准线稳定的影响及其随俯仰角变化的规律,提出了基于扰动源分类控制的过顶稳定方法。该方法采用反馈和前馈双通道复合控制结构,在过顶位置时基于控制结构自身消除陀螺测量噪声放大导致的内生力矩扰动,通过增加前馈通道的滤波环节,抑制横滚扰动高频分量引起的力矩扰动,解决了过顶位置时方位驱动轴震荡的问题,同时通过反馈通道和前馈通道分别实现对方位扰动和横滚扰动低频分量的有效隔离。仿真结果表明,该方法能够大幅衰减陀螺测量噪声和横滚扰动高频分量引起的方位电机力矩扰动幅值,增强系统稳定性。最后通过某二维陀螺平台进行了实验,过顶位置时瞄准线方位经受振动条件下的稳定精度由82.4 μrad 减小为44.6 μrad,经受摇摆条件下的隔离度由?14.54 dB提升至?27.85 dB。实验结果验证了该方法能够有效提升过顶位置方位瞄准线的扰动隔离性能。     

基于STM32的机载吊舱控制系统设计

机载吊舱控制系统要求对俯仰和方位两个自由度进行控制,通过光电编码器进行信息反馈,以此构成闭环系统,对控制精度和抗干扰能力有严格要求;提出了一种基于STM32的机载吊舱控制系统的设计方案,并在STM32平台上进行μC/OS-II嵌入式系统移植,同时加入PID控制算法用来提高系统的控制精度和抗扰动能力,结合控制需求,开发了机载吊舱的两自由度控制程序,实现了上位机控制命令的传输和伺服控制单元的信息反馈,最后通过实验验证设计结果;该控制系统软硬件裁剪方便、控制精度高,对吊舱控制系统的开发应用具有一定的参考意义。     

水下目标多平台协同定位和跟踪方法

提出了一种融合多平台方位观测数据的水下声学目标定位跟踪方法。该方法采用多级多假设跟踪对目标状态进行滤波和关联,第一级基于每个平台波束域检测结果独立使用多假设跟踪方法对目标方位角进行初级跟踪;第二级首先通过多平台联合似然概率估计多目标初始位置,再用多假设跟踪方法对不同平台初级跟踪的方位角航迹进行关联,最后通过关联的角度值和扩展卡尔曼滤波对多目标位置进行序贯估计。仿真结果证明,该方法能以更少计算量实现更优定位性能,优于单级多假设跟踪方法.海试数据处理结果表明,存在较多干扰的情况下,单级方法跟踪过程中丢失目标,而多级方法实现了对目标的全程跟踪,且收敛后定位误差在70m内。该方法可降低噪声干扰对数据关联及目标定位的影响,并通过多平台协同消除线阵的方位模糊,适用于移动多平台声学目标定位和跟踪场景。      

某高炮随动控制系统的设计

火炮火控系统是自动、半自动高炮武器的核心,火控系统设计的好坏直接影响火炮的设计精度、快速反应能力及可靠性等性能指标;文章通过对火炮火控系统调节器的设计,基于PWM功率放大器与直流伺服电机的数学模型建立电流环、速度环及位置环三闭环系统的数学模型;通过SIMULINK对模型进行实时仿真,仿真结果表明,该PI三环调节器的设计满足火控系统动、静态性能,加快系统响应速度,具有较好的快速跟踪能力、抗负载扰动以及较高的瞄准精度。     

基于改进Mean Shift算法的实时视频目标跟踪

设计了一套嵌入式平台上实现的视频目标跟踪系统.该系统采用CMOS图像传感器获取视频信号,利用Z228多媒体芯片自带的ARM9处理器完成视频信号的控制,并通过MPEG-4硬件编码器实现视频信号的压缩.用Mean Shift算法跟踪运动目标,针对其收敛的局限性设置多个搜索点来提高其跟踪效果.通过减少采样点和标记已计算点来提高代码运行速度,增强了跟踪的实时性.实验结果表明,本系统能以27 fps速率连续稳定地实现视频目标的跟踪.     

基于改进Mean Shift算法的实时视频目标跟踪

设计了一套嵌入式平台上实现的视频目标跟踪系统.该系统采用CMOS图像传感器获取视频信号,利用Z228多媒体芯片自带的ARM9处理器完成视频信号的控制,并通过MPEG-4硬件编码器实现视频信号的压缩.用Mean Shift算法跟踪运动目标,针对其收敛的局限性设置多个搜索点来提高其跟踪效果.通过减少采样点和标记已计算点来提高代码运行速度,增强了跟踪的实时性.实验结果表明,本系统能以27 fps速率连续稳定地实现视频目标的跟踪.     

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer,NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control,SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。     

带有控制输入扰动和死区的混沌系统自适应模糊控制

针对带有非线性输入和控制增益矩阵扰动的未知时变时滞混沌系统,提出了一种自适应模糊变结构控制方法.设计的控制器可以保证跟踪误差收敛到原点的可调邻域内,并且闭环系统所有信号有界.该方法对系统扰动的变化能保持较好的鲁棒性.最后以多卷波混沌系统为例的仿真实验进一步验证了该方法的有效性.     

最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用

在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性，提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯 (LQG) 控制方法。该方法在反馈中加入了积分项，可以消除稳态偏差，并且依据滤波器收敛性的判据，分别利用Sage Husa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度，又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明：该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。     

直流无刷伺服电机调速系统设计

针对传感器对直流无刷伺服电机直接进行模拟控制时,存在调速精度不高、电压不匹配及转速波动大等问题,设计了一种PWM变频调速系统。该系统通过ADS8365将来自传感器的模拟信号转换为数字信号,应用TMS320F2812对采集到的数字信号进行相应处理,并通过计算输出相应频率的PWM信号,PWM信号经过光电耦合器进行电平转换后作为电机的控制信号,控制电机的转速。以MEMS陀螺仪为传感器的调速试验证明,能够准确控制电机的转速,并能有效减小转速波动。     

高精密运动工作台控制系统的设计与研究

设计并研制了用于母盘刻录机的高精密运动工作台及其控制系统。工作台控制系统采用线光栅作为工作台位移检测工具。采用数字位置环和模拟电流环组成双闭环随动系统,其中位置控制器是带有速度前馈和加速度前馈的数字PID伺服滤波器。实验结果表明,该系统可以满足母盘刻录机的要求。     

基于动基座自动调平控制策略研究

自动调平控制技术是为了解决动基座上的搜跟系统360°全域周扫过程中,俯仰与大地水平角度实时保持的问题。该系统是在速率闭环稳定的基础上,采用倾角传感器构成空间位置环,形成位置与速率双闭环,实现系统瞄准线的自动调平。针对平台控制的关键?自动调平技术,着重分析了倾角传感器与平台万向架角度构成的空间位置环,理论推导出搜跟系统的瞄准线与水平面夹角的关系,并进行系统控制分析和仿真。最终仿真分析结果与实际测试结果基本吻合,满足系统的指标要求。     

基于永磁同步电机的光电设备新型驱动研究

针对目前光电设备中直流电机的惯量大、成本高、需要维护等问题,提出了交流伺服控制系统,以适应新型光电设备的发展要求或替代目前的直流控制系统。以永磁同步电机为控制对象,分析了永磁同步电机的磁场定向矢量控制原理,以获得类似直流电动机的控制效果。通过复合式光电编码器确定永磁同步电动机转子的初始位置,设计了永磁同步电机伺服控制系统的硬件电路。以id-0的矢量控制方法实现了永磁同步电机位置闭环伺服控制,能够满足新型光电设备跟踪控制系统的快速与稳定性要求。     

飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计

本文针对考虑不确定性的飞行模拟转台伺服系统,提出了一种基于非线性干扰观测器的反步全局滑模补偿控制方法。该方法采用反步控制方法设计转速期望虚拟控制,然后利用非线性干扰观测器观测系统不确定干扰,进而对引入非线性干扰观测器的系统设计自适应全局滑模控制器,实现了飞行模拟转台伺服系统期望转角信号的鲁棒跟踪控制,仿真结果表明,该方法控制效果良好,具有很好的工程应用价值。     

码垛机器人运动学分析和控制系统设计

针对一类关节坐标四自由度码垛机器人,对其机械传动结构进行分析,构建其运动学坐标体系。根据码垛生产特点,运动路径规划采用设定点位法,其中一些点位的脉冲坐标通过示教法直接确定,其余点位脉冲坐标则通过正、反运动学求解获取。为降低运动学求解复杂程度,将三维空间坐标体系的求解,先分解到两个平面坐标中单独进行,然后再加以合成。控制系统以PLC为核心,各轴驱动采用高精度交流伺服系统,通过原点回归确定各轴原点,根据目标点位实时计算各轴运动脉冲数和频率,采用绝对定位驱动方式实现机器人各轴联动。实际运行效果表明,运动学求解复杂程度的降低,提高了系统运算速度和实时性,而绝对定位方式可避免相对方式下的累积误差,从而提高了系统的运动精度。     

四束激光光轴高精度稳定控制技术

介绍了压电陶瓷快速倾斜镜以及相应的反馈和控制系统研制过程,并对快速倾斜镜进行了详细的性能测试,包括响应速度、动态范围以及闭环分辨率等重要参数。在此基础上,完成了4束激光相干合成时光轴稳定闭环控制实验。实验结果表明:系统闭环控制时,4束激光光轴的均方根抖动均小于1.5μrad,与开环状态相比,光轴抖动量减小了80%。通过对开闭环控制结果的对比分析发现,远场光斑平均帧峰值提高了3.8倍。     

车载光电稳定跟踪平台自抗扰伺服系统设计

为了提高光电稳定跟踪平台伺服性能,针对车载光电稳定平台的扰动特点,依据自抗扰控制算法的分离特性,提出一种含有积分补偿项的自抗扰控制伺服系统,系统对指令信号安排过渡过程,即采用最速控制方案。实际摇摆测试结果表明:设计的自抗扰控制伺服系统既保证了车载光电稳定平台稳定误差为0.129 mil（1）,又提高了平台的自动跟踪性能,是一种可应用在稳定跟踪平台系统中的理想控制器。