陀螺稳定吊舱控制系统设计

论文摘要

吊舱是一种对目标光电跟踪的重要设备,在国防领域有着广泛的应用。由于光电系统图像处理和传输所产生的延迟对系统性能带来的不利影响,使得传统控制方法难以满足对机动目标的高精度跟踪要求。本课题针对电视跟踪吊舱的跟踪回路控制器设计问题和脱靶量延迟补偿问题进行了研究。主要工作包括以下几个方面:(1)在广泛阅读参考文献的基础上,对吊舱当前研究现状进行了综述。(2)对吊舱控制系统进行了总体的设计,对电机、陀螺、感应同步器等器件进行了选型,建立了方位跟踪回路电视跟踪器和控制对象的传递函数模型。(3)在不考虑电视跟踪器脱靶量延迟的前提下,用滞后校正和内模控制两种方法设计了跟踪回路控制器,并进行了仿真。仿真结果证明,校正后系统跟踪等效正弦信号最大跟踪误差可以达到小于3角分的精度要求。(4)针对电视跟踪器脱靶量延迟的问题,将最小均方误差(LMS)算法用于脱靶量预测补偿。分析了LMS预测算法的基本理论,得出了规格化LMS算法的收敛条件。对吊舱方位跟踪回路进行了仿真,仿真证明,采用LMS算法后系统能达到最大跟踪误差小于3角分的精度要求。(5)针对LMS算法的不足,用自适应Kalman预测滤波算法进行设计。目标机动模型是“当前”统计模型,并用测量量人为滞后补偿的方法对脱靶量滞后进行了补偿。对吊舱方位跟踪回路进行了仿真,仿真证明,采用自适应Kalman预测滤波算法后系统能达到最大跟踪误差小于3角分的精度要求。而且具有比LMS算法更好的跟踪大机动目标的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 稳定跟踪平台的发展
• 1.2.2 光电自动跟踪控制系统研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 吊舱控制系统结构和模型
• 2.1 引言
• 2.2 系统总体结构及性能指标
• 2.2.1 系统总体结构
• 2.2.2 系统功能示意图
• 2.2.3 系统性能指标
• 2.3 系统器件选型和模型建立
• 2.3.1 中心处理器
• 2.3.2 驱动回路
• 2.3.3 功率放大电路
• 2.3.4 速率陀螺
• 2.3.5 测角器件
• 2.4 跟踪回路各环节模型
• 2.4.1 电视跟踪器数学模型
• 2.4.2 速度内环数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 跟踪回路控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 内模控制
• 3.2.1 内模控制原理和性质
• 3.2.2 内模控制器设计
• 3.3 跟踪控制器设计
• 3.3.1 吊舱控制系统输入信号
• 3.3.2 频率校正设计
• 3.3.3 内模控制校正设计
• 3.3.4 跟踪回路校正仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 脱靶量延迟的自适应预测补偿
• 4.1 前言
• 4.2 脱靶量延迟对系统性能的影响
• 4.3 自适应滤波器预测补偿在吊舱控制系统中的应用
• 4.3.1 自适应滤波器的结构与算法
• 4.3.2 LMS算法的收敛性分析
• 4.3.3 LMS算法的规格化处理
• 4.3.4 目标位置的合成
• 4.4 基于自适应预测补偿的吊舱控制系统跟踪回路仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 预测滤波理论及其在吊舱控制系统中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 预测滤波技术在光电吊舱控制系统中的应用
• 5.2.1 共轴跟踪
• 5.2.2 机动目标“当前”统计模型
• 5.2.3 自适应Kalman滤波
• 5.2.4 测量量人为延迟法补偿脱靶量的滞后
• 5.3 基于预测滤波技术的吊舱跟踪回路仿真
• 5.4 目标大机动时两种算法跟踪效果比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢