基于双速度环观测器的光电平台稳定方法

本文设计了一种可以使光电伺服平台对目标对象进行高精度、稳定追踪的基于双速度环的扰动观测器,可以消除光电平台内部摩擦力矩、外部载体扰动以及传感器噪声的影响,提升系统的动态响应性能。首先,根据直流电机工作原理与负载模型,建立双速度环的数学控制模型。接着,通过分析多类型传感器的速度信号频谱和响应性能,选择噪声和延时较小的圆光栅代替传统测速设备,作为速度控制内环;同时选择光纤陀螺作为速度外环的反馈设备。然后,基于陀螺速度信号设计扰动观测器,对内速度环中的扰动补偿残差和外部载体扰动信号进行观测,并进行前馈信号补偿。实验结果表明,双速度环观测器的控制方法可以将系统调节时间降至原来的45%,在不同幅值（0.25°～2°）和频率（0.25 Hz～2 Hz）的正弦扰动信号下,该方法均能显著提高系统的扰动抑制能力,并将系统隔离度由原来的20.9 dB提升至30 dB。本文所提出的基于双速度环扰动观测器的控制方法满足光电跟踪平台快速响应、跟踪稳定、抗干扰能力强等要求。     

光学消像旋高精度位置控制系统的算法与实现

为了解决周视光电观瞄设备中光学消像旋齿轮传动所带来的误差大、间隙难以控制等不足,本文提出去掉光学消像旋的机械传动,将其变为无机械传动的位置控制系统.结合现代控制理论,在分析了光学消像旋位置控制系统中被控对象模型的基础上,设计以比例-积分-微分控制器为主,非线性控制为辅的融合控制算法.以单片机C8051作为控制核心,编码器作为位置传感器,光电转台方位角度作为控制信号,组成位置控制系统并进行调试、试验测试,测试结果表明其实现的光学消像旋性能优于含有机械传动的光学消像旋性能,最终实现光学消像旋高精度位置控制.     

基于双液晶偏振光栅的机载光电跟瞄平台技术研究

为实现新型机载光电跟踪平台轻量化、小型化与高精度化设计,提出一种应用于机载平台下的基于双液晶偏振光栅光束偏转机构的光电跟瞄方法。建立了基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束跟瞄反向公式模型,该模型只需输入跟踪点方位与俯仰角度坐标即可计算出两共轴光栅旋转位置,通过两共轴光栅的旋转来进行光束偏转;相比传统双棱镜光束偏转模型反向公式,该模型具有模型简单、运算快速、精度较高等优点;将基于视轴解耦的双液晶偏振光栅光束偏转反向公式模型与线性二次型调节器控制算法相结合嵌入控制板以实现跟踪功能。通过试验检测了系统跟踪性能结果表明：该双液晶偏振光栅跟踪模型在载体扰动的情况下可以实现目标跟瞄,在动态跟瞄实验中,采用视轴解耦与线性二次型调节器相结合的控制策略使得系统跟瞄精度得到明显提升,相比比例积分微分控制器系统方位与俯仰轴实时跟踪残差峰峰值均下降40%以上,在2°@0.5 Hz与5°@0.2 Hz载体扰动情况下双轴脱靶量均方根值综合统计数值分别达到328μrad与289μrad,验证了所提跟瞄模型的有效性。     

基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法

为了提高航空光电稳定平台的扰动隔离度,在传统平台的电流反馈、速度反馈、位置反馈的基础上增加了高增益加速度反馈,并利用伪微分反馈的控制技术设计出新的控制器来代替传统的速度反馈的PI控制器。实验结果表明,在模拟转台以1°、0~2.5 Hz的正弦干扰下,相对于传统的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约7.8%,扰动隔离度提高了约8.7 d B;相对于基于PI控制器和加速度反馈控制的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约2.6%,且平台的过渡过程加快。该控制系统能够有效地抑制扰动力矩的影响,具有较好的通用性和实用性。     

线性振动、角扰动对机载光电吊舱图像质量的影响

以直升机载光电吊舱为研究对象,分析振动对图像质量及稳定精度的影响,论述线性振动和角扰动如何使光电吊舱振动发生耦合,振动耦合从而导致系统的俯仰、方位都随光轴发生扰动,使得内部电视、热像等传感器设备随光轴扰动,使系统图像晃动,降低图像质量及稳定精度。比较线振动和角扰动对系统稳定精度影响程度的大小,提出了合理的减振方法。     

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。     

光学消像旋高精度位置控制系统的算法与实现

为了解决周视光电观瞄设备中光学消像旋齿轮传动所带来的误差大、间隙难以控制等不足,本文提出去掉光学消像旋的机械传动,将其变为无机械传动的位置控制系统.结合现代控制理论,在分析了光学消像旋位置控制系统中被控对象模型的基础上,设计以比例-积分-微分控制器为主,非线性控制为辅的融合控制算法.以单片机C8051作为控制核心,编码...     

光电跟踪系统控制回路一体化设计方法

为提高搭载于运动平台之光电跟踪系统控制回路的设计效率,以运动平台角扰动、目标运动特征以及系统跟踪误差指标为边界条件,基于系统建模和参数辨识,提出一种控制回路一体化设计方法,给出各环路控制器的解析表达及一组经验公式,并以某半实物仿真系统进行验证。在等效正弦125sin(0.4t) (mrad)角扰动环境下,对正弦输入200sin(t)/3 （mrad）的跟踪误差峰值不大于0.5 mrad,满足均方误差小于0.5 mrad的指标要求,表明该控制回路一体化设计方法的有效性。     

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。     

基于鲁棒右互质分解的直流伺服系统精确跟踪控制

对含有不确定性的直流伺服控制系统, 通过应用鲁棒右互质分解方法,设计了一种基于鲁棒右互质分解的精确跟踪控制系统;通常情况下,直流伺服系统中存在诸如非线性特性及参数辨识引起的模型误差和外界扰动,在设计的控制系统中,未知模型误差和外界扰动对系统性能的影响都被看作直流伺服系统的不确定性;在考虑到这些不确定性情况下,设计了一种基于鲁棒右互质分解理论的精确跟踪控制;首先在考虑未知的不确定模型影响系统性能指标的情况下,设计了一种基于演算子理论的反馈控制结构,此结构可以消除不确定模型的影响,在此基础上,设计了基于鲁棒右互质分解的鲁棒精确跟踪控制系统,得出精确跟踪条件;仿真结果表明使用提出的方法可以有效地消除不确定性,使得伺服系统具有很强的鲁棒性和精确跟踪能力。     

Nonlinear dynamics of an optical phase locked loop in presence of additional loop time delay

The dynamics of an optical phase locked loop (OPLL) with first order loop filter having inherent loop time delay is investigated. In the presence of delay, the system is modeled as a third order autonomous system. In the out of lock condition or during the process of locking, the dynamics of the system is highly nonlinear and different nonlinear phenomena, like limit cycle oscillation, period doubling, chaotic oscillations etc., may be observed with the variation of design parameters. Applying the techniques of the nonlinear dynamics, we have calculated the effects of the inherent loop time delay in determining the state of the loop. The analytical results predicting the parameter values for stable and unstable region of operation are obtained using the quasi-linear Routh–Hurwitz method. The parameter range required for the onset of chaotic oscillations is estimated by Melnikov's global perturbation method. The predicted results are in agreement with those obtained by numerical integration of system equations.     

基于鱼眼镜头的目标监控与测量系统分析

为了实现超大范围的目标监控与测量,设计和分析了一种基于鱼眼镜头的超广角监测系统。以鱼眼镜头和CCD作为图像采集系统,以DSP作为控制和处理中心,采用自适应动态更新背景差方法进行目标识别,利用图像处理方法进行目标方位角测量,对前方半球空间中可能出现的目标进行监测。实验结果表明,基于鱼眼镜头的监控系统具有超大的监控视角,在各种环境下都具有较高的监控能力;基于动态更新背景的背景差目标识别方法具有较强的抗干扰性,能准确地识别出各种可能出现的目标,并能对其进行方位角测量。相对于传统的监控系统来说,具有监控范围大,结构简单,工作稳定可靠,在各种安全监控领域有着广泛的应用。     

Characteristic model of travelling wave ultrasonic motor

In general, the design and analysis of ultrasonic motor and motor’s control strategy are based on mathematical model. The academic model is widely used in the analysis of traveling wave ultrasonic motor (TWUSM). But the dispersive characteristic of piezoelectric ceramics and other complicated process, such as the friction, make the model’s precision not so accurate. On the other hand, identification modeling method, which is built based on the tested data, has obtained increasing application in the study of ultrasonic motor’s control technology. Based on the identification model, many control strategies can be designed easily. But the identification model is an approximate model, so if a more accurate model of ultrasonic motor can be obtained, the analysis and design of motor control system will be more effective. Characteristic model is a kind of identification model which can accurately describe the characteristics of TWUSM. Based on the tested data, this paper proposes the modeling method of ultrasonic motor’s characteristic model. The paper also makes a comparison of the effectiveness of different identification algorithms. Aiming at the speed control of ultrasonic motor, the influence of the parameter’s initial values on the precision of model is discussed. The calculating results indicate the availability of this characteristic model.     

Object location fire precision test technology by using intersecting photoelectric detection target

To improve four across screens system measurement precision on flying projectile location, the new method that adds two incline screens to four intersecting screens system to form six intersecting screens was put forward and the flying object coordinate test model was set up. This method not only gains object coordinate but also measures object's pitching and azimuth angle that can amend coordinates and improve measurement precision. The differential methods were used to analyze their measure errors, which came from the angle of intersection screen, the thick of screen, the time and distance of measuring, and give out measure errors distributing. The experimental result shows the new measure method can improve measurement precision that meets test demand.     

利用原始光强信号实现空间方位失调角高精度传递新方法

现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递方法存在精度不高的问题,提出了一种利用原始光强信号中极值点信息实现方位失调角高精度传递的新方法。建立了基于任意位置光强信号求解初始光强的模型,推导了大角度范围内粗略失调角的计算公式并给出了实现方案,提出了在小角度范围内比现有方法近似精度更高的获取失调角信息的方法。仿真结果以及误差分析表明：利用该方法得出的方位失调角传递误差远远小于现有方法,为实现空间方位失调角高精度传递提供了一种参考。     

神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计

基于闭环反馈控制理论，对神光-Ⅲ 3ω光源自动准直系统进行设计，分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型，旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案，使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明：该自动准直系统达到了设计要求，即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直，其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。     

中子斩盘负载分析和运动控制器设计

为了实现中子波段调节斩盘相位的高速、高精度控制,分析了系统的负载特性并建立了由斩盘实体和驱动电机构成的二质量系统模型。设计了电流、速度和位置串级控制器,根据控制系统的工程设计方法和现代控制理论给出了3个调节器结构选择及参数整定的具体方法。结果表明:在中子斩盘以旋转频率27.5Hz工作时,其相位控制扰动误差为-1.325 25~1.325 25μs,稳态误差为-2.583μs,符合中子斩波器应用要求。     

Statistical study of the radiation losses due to surface roughness for a dilectric slab deposited on a metal substrate

This paper presents an original method of analyzing radiation loss from dielectric slab with random wall imperfections. The method is based on Maxwell’s equations under their covariant form written in a non-orthogonal coordinate system. The solution is found by using a perturbation method applied to the smooth surface problem. The statistical characteristics of the radiation intensity, the average value and the probability density function, are analytically determined.     

基于目标运动的复眼式双目视觉测距法

昆虫（螳螂）复眼利用目标的动态差异实现立体视觉,具有视场大、计算简单、实时性高等特点,是立体视觉研究的新方向。为实现复眼立体视觉在机器人视觉导航中的应用,根据复眼结构以及信息处理机制,提出并研究了环形光电传感器的目标快速检测与定位方法。首先,搭建了基于60个光电二极管的等6°夹角分布式环形传感器,形成具有360°视场的环形仿生复眼;其次,建立了基于光流原理的运动目标方位角检测模型,采用傅里叶拟合法实现了方位角检测模型的优化,实现了运动目标方位角与目标距离大视野范围内的简单、快速检测。实验结果表明:1）可实现距离375 mm范围内运动速度为30 mm/s的目标方位角实时检测,测量误差在2°范围内;2）基于目标方位角检测模型,可实现双目阵列传感器在300 mm×375 mm视野重叠区域范围内、平均测量误差在10 mm范围内的立体视觉测距。基于光流的运动目标方位角检测模型可用于实现对运动目标空间位置的动态实时检测,在运动检测、视觉导航等领域具有广泛的应用前景。     

方波磁光调制测量在无机械连接的设备间方位传递中的应用

在航天、军事等领域往往需要传递无机械连接的设备之间的空间方位信息,而传统的方位测量系统测量范围小、测量精度低,难以满足系统高精度大范围传递的要求,为此改变传统方法中的调制方式,将方波磁光调制引入了方位测量系统,建立了基于方波磁光调制的方位测量模型。根据马吕斯定律,建立了方波磁光调制后的输出信号模型,并分析了调制后信号的特点。根据调制后信号的表达式与方位角的关系,推导、建立了调制后信号与方位角之间的关系方程,并利用调制后信号的增减性去除了方程的增根,结合调制前后信号的相位对比扩大了方位角的测量范围,最终得到了基于方波磁光调制的方位测量模型,实现了无机械连接的设备之间方位信息的传递。仿真结果表明,提出的基于方波调制的测量方法与传统方法比较,理论测量精度更高、测量范围更广,这为实现空间方位角高精度大范围测量提供了一种参考。