舰载稳定平台高精度伺服控制系统的设计研究

论文摘要

随着光电监视、跟踪、侦察系统在军事上的广泛应用,系统的要求不断提高,对光学图像的稳定要求也日趋严格。图像不稳定的实质是系统的光轴与目标之间有相对运动,包括平移和角运动,其中相对角运动对图像的影响尤为严重。造成瞄准系统的光轴与目标之间的运动有两种情况:一种是目标的运动,一种是载体的运动。由于稳像系统一般都只考虑隔离载体的角运动,因此稳像系统的设计主要采用光学和电子学结合的伺服控制方法。本论文重点论述了某舰载光电跟踪仪在提高稳定平台伺服控制系统稳定精度的研究。本文首先针对舰载稳定平台系统进行了原理分析和硬件设计,提出影响系统稳定精度的原因,并依据该原因指导系统设计,在系统设计上,重点对该系统的机械谐振、转动惯量进行了分析和研究,在控制系统设计上,采用了基于DSP运动控制模块的双速度环转台伺服控制系统。其次根据陀螺稳定平台的结构配置和动力学理论,利用空间坐标系映射变换关系推导隔离载体扰动的视轴惯性稳定方程,给出在运动载体上跟踪运动目标时面临的稳定防摇和跟踪问题的解决方法;建立陀螺稳定跟踪系统的数学模型,对视轴稳定精度和跟踪精度的各种影响因素进行分析,为控制方法的研究和实施提供理论基础。对陀螺仪输出漂移误差和噪声的有效抑制首先采用Allan方差法对光纤陀螺信号漂移误差和噪声进行时域分析。根据系统的特点和实时性要求,有针对性的采用小波变换阈值滤波对陀螺信号进行处理。在对光电跟踪系统中瞄准线视轴稳定回路所采用的速率陀螺单速度环伺服控制结构分析的基础上,提出了一种采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成模拟速度内环,利用速率陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。通过一系列设计方案的采用找出提高舰载稳定平台伺服控制系统稳定精度的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 研究的主要工作和重点
• 第2章 光电稳定系统设计
• 2.1 光电稳定系统的组成以及功能
• 2.2 光电稳定系统的工作原理
• 2.3 舰载光电稳定系统性能指标要求
• 2.4 舰载稳定平台系统分析与设计
• 2.4.1 转台系统总体结构
• 2.4.2 稳定跟踪转台机械结构分析与设计
• 2.4.3 基于DSP运动控制模块的转台伺服控制系统
• 第3章 视轴稳定隔离方程建模
• 3.1 双轴陀螺惯性平台隔离载体角运动方程建立
• 3.1.1 双轴陀螺惯性稳定平台结构配置
• 3.1.2 空间坐标系符号及相关参数规定
• 3.1.3 隔离载体扰动补偿方程
• 3.1.4 两轴稳定方案的原理性缺陷
• 3.2 单轴系统各组成部分数学模型
• 3.2.1 电机及负载平台传递函数
• 3.2.2 PWM功率放大电路传递函数
• 3.2.3 光纤陀螺传递函数
• 3.2.4 电视跟踪器传递函数
• 3.2.5 视轴稳定回路模型
• 3.2.6 自动跟踪回路模型
• 3.3 系统总体精度分析和性能要求
• 3.3.1 稳定跟踪精度影响因素分析
• 3.3.2 系统性能要求
• 第4章 光纤陀螺信号误差分析与滤波研究
• 4.1 陀螺输出漂移问题的概述
• 4.2 光纤陀螺零漂信号时域分析
• 4.2.1 陀螺信号的数学模型
• 4.2.2 陀螺信号噪声的Allan方差时域分析
• 4.3 光纤陀螺信号数字滤波算法
• 4.3.1 滑动滤波用于陀螺信号处理
• 4.3.2 FLP自适应滤波用于陀螺信号处理
• 4.3.3 小波变换阈值滤波用于陀螺信号处理
• 4.4 陀螺漂移信号实验效果与统计分析
• 第5章 瞄准线视轴稳定控制性能分析
• 5.1 双速度环控制结构及性能分析
• 5.1.1 抗干扰性分析
• 5.1.2 鲁棒性能分析
• 5.1.3 响应性能分析
• 5.1.4 非线性补偿说明
• 5.2 非线性加速度阻尼补偿
• 5.3 实验验证与分析
• 5.4 系统性能参数测试
• 结论
• 论文工作总结
• 论文主要研究成果总结如下
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历