机载光电平台控制系统研究

论文摘要

机载光电平台近几年发展十分迅速,被广泛地应用于军事领域和公安、消防以及环境监控等民用领域。它是一个集光、机、电于一体的复杂系统。稳定与跟踪是其伺服系统要实现的主要功能。本文对机载光电平台中稳定与跟踪伺服控制技术进行了深入研究。本文首先概述了国内外光电平台的发展概况,分析了系统中影响视轴稳定和跟踪精度的因素,介绍了常用的稳定与跟踪控制方法;结合实际要求,系统采用四框架两轴稳定结构,应用整体稳定的视轴稳定方式,用直流力矩电机直接驱动平台,以光纤陀螺作为敏感平台角运动的测量元件;从理论上分析了两轴光电稳定平台隔离载体角运动的原理,总结并提出了视轴稳定对伺服系统的性能要求,从而为伺服系统的设计提供了理论依据。由于系统采用光纤陀螺作为惯性元件来敏感平台角速度,从低频和高频两方面分析了光纤陀螺噪声对系统输出的影响;并分别指出了抑制光纤陀螺高、低频噪声的有效措施,本文重点研究了小波阈值滤波方法。根据本系统的实际工作情况和性能指标要求,通过分析指出:如何克服摩擦力矩的影响是本系统中提高稳定精度要重点解决的问题。本文从伺服刚度指标的概念出发,根据系统稳定精度的要求,提出了采用速度环和稳定环的双环控制方法,设计了稳定回路校正控制器,并进行了仿真,取得了良好的控制效果。同时,针对系统中电视跟踪误差具有较大延迟的问题,首先以典型II型系统为例,理论上详细分析了延迟对跟踪性能的影响,给出延迟时间与系统开环截止频率的对应关系,得出延迟越大,系统可实现的开环截止频率越小,跟踪精度越低的结论。为提高跟踪精度,克服延迟的影响,提出了采用内模控制方法来设计跟踪回路控制器,并根据系统对象非自衡的特点改进了内模控制器的结构,经仿真证明跟踪效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 光电平台国内外发展现状及趋势
• 1.3 影响视轴稳定的因素及视轴稳定控制技术
• 1.3.1 影响视轴稳定的因素
• 1.3.2 视轴稳定控制技术
• 1.4 光电自动跟踪控制研究
• 1.5 课题设计要求及研究内容
• 1.5.1 本文要解决的问题
• 1.5.2 课题设计要求
• 1.5.3 主要研究内容
• 第2章 系统隔离载机运动原理及系统模型分析
• 2.1 光电平台系统结构分析
• 2.2 两轴稳定平台隔离载机运动原理
• 2.2.1 两轴平台隔离载机运动原理
• 2.2.2 两轴稳定方案的原理性缺陷
• 2.3 光电平台各环节模型的建立与处理
• 2.3.1 电机负载特性传递函数
• 2.3.2 光纤陀螺传递函数
• 2.3.3 目标跟踪器传递函数
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤陀螺输出误差及滤波算法分析
• 3.1 光纤陀螺的输出误差分析
• 3.2 光纤陀螺输出误差对系统的影响
• 3.2.1 低频噪声对平台输出角偏差的漂移影响
• 3.2.2 高频噪声对光电探测器视轴的抖动影响
• 3.3 系统对光纤陀螺输出误差的抑制
• 3.3.1 低频噪声的抑制
• 3.3.2 高频噪声的抑制
• 3.4 本章小结
• 第4章 稳定回路控制器设计与仿真
• 4.1 单速度稳定环的控制方法
• 4.1.1 稳定精度对伺服刚度的性能要求
• 4.1.2 单速度环控制器设计
• 4.1.3 单速度环抗干扰性仿真及结果
• 4.2 双速度稳定环的控制方法
• 4.2.1 单、双速度环控制结构及性能分析
• 4.2.2 双速度环控制器设计
• 4.2.3 双速度环抗干扰性仿真及结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 跟踪回路控制器设计与仿真
• 5.1 时滞问题的描述和分析
• 5.1.1 目标跟踪误差时滞的产生
• 5.1.2 跟踪误差时滞对跟踪系统性能影响分析
• 5.2 光电跟踪时滞系统的内模控制研究
• 5.2.1 内模控制原理
• 5.2.2 光电跟踪时滞系统的内模控制器设计
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢