基于自适应鲁棒控制提升快速反射镜的抗扰能力

航空光电稳定平台广泛采用快速反射镜进行视轴稳定,航空环境中的各种扰动,尤其是振动会影响快速反射镜的稳定性能。针对传统的抗扰方法[如比例-积分-微分控制器(PID)、干扰观测器(DOB)等]抑制扰动效果不明显的问题,提出一种基于自适应鲁棒控制(ARC)方法的快速反射镜抗扰策略。实验测试发现,引入ARC以后,快速反射镜在振动环境中的稳态均方根误差值相比于PID降低约80%,相比于DOB降低约60%,表明ARC对于提升快速反射镜的抗扰能力和稳定性能具有显著效果,具有较大的工程应用价值。     

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价 值。     

快速反射镜在像移补偿中的应用

本文提出了一种基于快速反射镜的像移补偿方法用于解决航空成像中的像移问题。首先通过计算航空相机在曝光时间内的像移速度证明了像移补偿的必要性;针对快速反射镜存在伺服模型不确定性的问题,设计了模型参考自适应控制器;最后通过实验验证了该算法的性能,结果显示:采用本算法后,快速反射镜的阶跃响应稳定时间降低了50%以上,在振动情况下快速反射镜的稳定精度都可以达到10μrad,精度比传统控制方案提升10倍以上。最终的像移补偿成像实验成功验证了基于快速反射镜的像移补偿方案有较高的工程应用价值。     

基于DSP+FPGA架构的猫眼目标快速检测系统

为解决微小型光电窃视设备对室内紧要活动的信息 安全构成严重的威胁这一问题, 设计了一套基于DSP+FPGA硬件架构的便携式手持实时检测室内猫眼光电目标的系统。 系统首先 根据光电目标的猫眼效应原理,依靠窄带滤波片和自适应阈值分割的方法将疑似目标与背景 进行区分;然 后使用多形态学准则对疑似目标进行筛选,减少虚假目标;最后利用本文提出的一种综合形 状判定的新准 则对目标进行有效识别。本文算法在DSP+FPGA平台实现,采用了流水线设计。为验证本 文的算法和 系统,针对20个含有不同复杂程度的背景与不同种类的干扰的实验室场景进行重复测 试。实验结果表 明,本文算法和系统在不同复杂场景中均能快速准确地识别出目标,其平均计算时间为 34～53 ms,与相关文献提出的方法相比具有显著优势。     

航空光电稳定平台扰动频率自适应的自抗扰控制

为了进一步提高光电稳定侦查平台的抗干扰能力,文中提出一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于带宽单参数化的设计方法,设计了扰动频率自适应的扩张状态观测器,从而解决了传统扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统扰动观测存在明显相位滞后的影响;然后,设计了带扰动补偿的控制规律;最后,在模拟飞行器中以2.5 Hz 以内任意频率扰动的作用下,测试其抗扰动的性能。实验结果表明:对比于传统的平方滞后超前控制器,采用于扰动频率自适应的自抗扰控制器,系统的扰动隔离度至少提高6.72 dB,且随着扰动频率大于0.5 Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况已达到12.94 dB;同时,该控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在10%的范围内浮动,满足高精度光电稳定平台的性能要求,具有较高的实用价值。     

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。