光电稳定／跟踪平台的干扰力矩自动化检测识别

以光电稳定／跟踪平台为研究对象,通过对光电稳定／跟踪平台中存在的各种干扰力矩的力学特性进行分析和研究,提出一种新的测量稳定平台干扰力矩的方法。该方法能够实现干扰力矩的自动测量与识别,且具有较高的测量精度。通过实验,验证了该方法的可行性和优越性。     

基于有限包络圆的光电平台传感器布局设计

为保证光电平台视轴稳定精度,在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩,建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量,基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束,快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%,有效降低了配平质量,提高了光电平台性能。     

周视光电观瞄设备动密封的摩擦力矩分析

在结构设计解决周视光电观瞄设备的动态密封问题后,动密封所带来的摩擦力矩就成为周视光电稳定的重要制约因素。通过对3种典型应用动密封原理的周视光电观瞄设备分析研究,着重分析了动密封的摩擦力矩对结构、稳瞄精度的影响,并结合实际工程应用给出3种动密封形式所对应的摩擦力矩分析和估算方法,提供给稳瞄和结构设计人员,以期对后续稳瞄系统设计有所帮助。最后在同一周视转台上,对3种动密封进行了试验验证并进行分析计算,得出磁流体是解决周视光电设备动密封较好形式的结论。     

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。     

光电组合汇流环技术

提出一种实用可行的光电组合汇流环技术，它有效地抑制了信号间的电磁干扰，同时也使机械导电汇流环的摩擦力矩随着其滑环数的减少而减小，提高了周视转台的稳定精度。     

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。     

截卵形头部平台直径对初始侵彻弹道偏转的影响

针对截卵形头部弹体斜侵彻靶标时弹道发生初始偏转的问题,建立了分析截卵平台直径对初始弹道偏转影响的理论和数值仿真计算模型,计算了相同侵彻条件下不同截卵平台直径时,头部侵彻产生的偏转函数和偏转角速度。结果表明:截卵平台头部侵彻产生的偏转力矩会减小弹轴与靶标法线之间的夹角,且随着截卵平台直径的增大,偏转力矩增大,偏转角速度增大,当截卵平台直径增大到1.5倍时,偏转力矩增大到约1.2倍,当截卵平台直径增大到2.0倍时,偏转力矩增大到约2倍;相同截卵平台直径下,随着头部形状系数的减小,偏转力矩和偏转角速度增大。     

机械结构因素对光电跟踪伺服系统性能的影响

为克服机械结构因素对光电跟踪伺服系统性能的不良影响,分析了转动惯量、结构谐振频率、摩擦力矩等伺服机械结构因素与伺服系统性能的关系,包括分析转动惯量与伺服系统性能的关系、结构谐振频率与伺服系统性能的关系、摩擦力矩与伺服系统性能的关系,探讨了消除或减小机械谐振的措施.该分析方法可应用于设计和制造响应速度快、跟踪精度高的光电跟踪伺服系统.     

两轴四环架稳定系统抗扰性能分析

两轴四环架稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电侦察吊舱等侦察监视设备中.分析了两轴四环架稳定平台的主要扰动源及其对系统的影响,根据多框架光电稳定平台的结构推导出各框架的运动学耦合方程,并且分析了该光电稳定平台在抗扰性能方面的主要优点.对两轴四环架系统控制模型的仿真计算表明两轴四环架稳定系统的稳定精度为0.04mrad.     

Research on atmospheric refraction correction of airborne electro-optical system target location北大核心CSCD

目标定位精度是评判机载光电系统性能的一项重要指标。对于高空机载光电系统,目标定位精度除受传感器、测距仪、载荷平台稳定精度、飞行平台稳定精度和位置精度等综合因素影响外,还受大气折射的影响,对于高空机载光电系统远距离对地观测,大气折射对目标定位的影响尤为严重。该文从大气折射对目标定位的影响机理出发,给出大气模型,分析大气折射的影响因素,并基于介于圆球体和参考旋转椭球体之间的地球模型给出了大气折射误差模型;基于该文提出的近似参考旋转椭球体地球模型,仿真分析了大气折射对目标定位的影响结果。分析结果对于机载光电系统远距离目标定位大气折射修正具有重要指导意义。     

基于时/频域分析的光电吊舱稳定精度测试方法研究北大核心CSCD

稳定精度作为光电吊舱的关键性能指标之一,开展瞄准线稳定精度测试方法研究对于光电吊舱测试与验收具有重要意义。结合粗精组合稳定光电系统,提出一种基于时/频域分析的稳定精度测试方法。通过采集随机振动环境下惯性速率传感器和光学补偿元件的角位置信号,基于信号时域分析,得到图像漂移角速率、抖动及概率分布情况;基于信号频域分析,得到瞄准线角位置信号的功率谱密度。提出频段稳定精度贡献度,用于评估不同频段对稳定精度的影响程度;采用二级稳定效能提升度,评价二级稳定在不同频段对系统稳定性能的提升程度。该方法可以直观展示图像抖动及概率分布情况,同时给出影响瞄准线稳定精度的频率要素,对于指导机电系统设计具有重要的工程应用价值。     

稳瞄惯导周视观瞄镜的设计

介绍一种中精度、低成本周视观瞄镜的设计方法，其特点是用一个机械陀螺同时实现稳瞄和惯导2项功能。利用陀螺罗经原理，使机械陀螺的敏感轴快速收敛于子午面和水平面的交线上，并借助陀螺定轴性和2自由度环架，使陀螺隔离运动载体的扰动；通过环架上的光电传感器测出运动载体的姿态角，使观瞄镜的瞄准线随动于陀螺的敏感轴，实现间接稳定。在瞄准过程中，瞄准线的调转指令以随动修正量的形式加入，通过姿态矩阵的解算，可获得运动载体扰动量沿稳瞄坐标轴方向的投影，即瞄准线随动陀螺轴的输入量。最后综合运动载体的姿态和里程计信息，可以实现导航功能。     

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。     

基于滑模变结构控制及预测跟踪的光电吊舱控制方法北大核心CSCD

光电吊舱在稳像和目标跟踪过程中存在摩擦力矩、不平衡力矩等干扰力矩,从而影响速度环响应精度;另一方面,吊舱视频跟踪器图像传输和处理造成的延迟也会造成跟踪滞后,因此必须进行延时补偿。提出基于预测跟踪的滑模变结构控制方法,采用微分预测跟踪器实现对视频跟踪器的延迟补偿,采用预测跟踪器估计出的目标运动角速率构成自适应补偿参数,以调整滑模变结构控制量,改进的滑模控制算法在补偿干扰力矩的同时抑制了抖振现象。仿真及实验结果表明:改进的控制方法能够有效补偿干扰力矩和跟踪器延迟造成的误差,相对于传统PID控制,其跟踪误差减小为原来的1/3,并且该算法已经在相关系统上得到应用。     

基于xPC的光电平台系统半实物实时仿真

为了便捷高效地设计和调试光电平台系统的稳定、跟踪控制算法,基于Matlab的xPC Target环境设计开发了半实物实时仿真系统。阐述了系统的总体设计方案,给出了系统软、硬件实现方法。通过半实物仿真,完成了平台的模型结构参数辨识,设计并测试了比例积分控制器、校正控制器和综合控制器。对半实物仿真系统进行摇摆实验以评估所设计的控制系统的视轴稳定精度。实验结果显示,校正控制器因其在低频段具有更高的增益从而使系统获得了最高的稳定精度,通过实验结果可有效地选择出扰动抑制特性最优的控制器设计。