【摘要】：光電穩(wěn)定平臺(tái)是光電偵察系統(tǒng)的核心組成部分,主要任務(wù)是敏感并抑制載體姿態(tài)變化、氣流沖擊、電機(jī)振動(dòng)以及自身摩擦力矩和傳感器噪聲等擾動(dòng)影響,保證平臺(tái)視軸穩(wěn)定指向。除機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)視軸穩(wěn)定的影響,穩(wěn)定平臺(tái)的控制策略也是提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度的關(guān)鍵。實(shí)際應(yīng)用中的光電穩(wěn)定平臺(tái)控制方式多數(shù)采用整數(shù)階PID(Integer Order Proportional Integral Derivative,IOPID)控制技術(shù),無法滿足更高要求的控制性能。分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ(Fractional Order Proportional Integral Derivative,FOPID)控制器因其多了λ和μ兩個(gè)可調(diào)參數(shù),系統(tǒng)控制過程更柔性、對(duì)參數(shù)攝動(dòng)不敏感,比IOPID控制器具有更好的控制效果和魯棒性。本文將分?jǐn)?shù)階控制策略應(yīng)用于光電穩(wěn)定平臺(tái),提高了平臺(tái)的增益魯棒性,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的高精度控制,主要完成了以下研究?jī)?nèi)容:1)以MD-GD101I型兩軸兩框架光電穩(wěn)定平臺(tái)為研究對(duì)象,在實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上采用系統(tǒng)辨識(shí)法建立平臺(tái)俯仰軸速度環(huán)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)辨識(shí)結(jié)果的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。2)在建立光電穩(wěn)定平臺(tái)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,針對(duì)速度環(huán)分別設(shè)計(jì)IOPID控制算法和FOPID控制算法。利用基于向量的增益魯棒性PID參數(shù)整定法完成IOPID參數(shù)整定,采用傳統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度法完成FOPID參數(shù)整定。仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)采用FOPID控制算法比IOPID控制算法具有更小的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差和更強(qiáng)的增益魯棒性。3)為了提高系統(tǒng)的噪聲抑制能力,研究基于卡爾曼濾波(Kalman Filter,KF)算法的分?jǐn)?shù)階控制器設(shè)計(jì)。對(duì)速度和位置雙閉環(huán)系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)基于KF的IOPID控制算法和基于KF的FOPID控制算法。仿真結(jié)果表明,單純的IOPID和FOPID控制算法無法有效抑制隨機(jī)擾動(dòng),基于KF的IOPID控制算法和基于KF的FOPID控制算法具有更好的控制效果和抑制擾動(dòng)能力。
【圖文】：

第1章 緒 論1.1 課題研究背景及意義光電穩(wěn)定平臺(tái)是集光、機(jī)、電為一體的復(fù)雜設(shè)備[1]，通常是利用陀螺儀反饋?zhàn)饔脤?duì)載體運(yùn)動(dòng)的干擾進(jìn)行不斷調(diào)整，保持平臺(tái)臺(tái)體穩(wěn)定，主要安裝在無人機(jī)、艦船、偵察車、地基等載體中。由于載體的多樣化，其廣泛應(yīng)用于軍事中無人偵察、目標(biāo)跟蹤、精確打擊；警用中險(xiǎn)情勘測(cè)、公安消防、追擊逃犯以及民用中航空攝影、高壓線路檢測(cè)維護(hù)等領(lǐng)域。圖 1 為穩(wěn)定平臺(tái)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，左圖為國(guó)產(chǎn)翼龍武裝無人機(jī)掛載光電穩(wěn)定平臺(tái)，并裝載激光測(cè)距、小型空地打擊武器和電子對(duì)抗等設(shè)備，用于軍事監(jiān)控、偵察、對(duì)地攻擊、治安維穩(wěn)、邊防巡邏和邊界反恐等任務(wù)。右圖為某小型無人機(jī)載光電穩(wěn)定平臺(tái)用于民用領(lǐng)域中高壓輸電線路巡查任務(wù)。隨著穩(wěn)定平臺(tái)應(yīng)用范圍越來越廣泛，對(duì)其控制精度的要求也越來越高，其穩(wěn)定精度的好壞直接影響任務(wù)完成的質(zhì)量。

美國(guó)是最早在光電穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)研究領(lǐng)域作出突出貢獻(xiàn)的國(guó)家，20 世紀(jì) 40 年代末，美國(guó)就研究在坦克上使用光電穩(wěn)定平臺(tái)作為火炮穩(wěn)定器，其作用是抑制坦克車體在行進(jìn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)射擊的影響，此后，在偵察車、艦船、無人機(jī)、地基、導(dǎo)彈等載體中開始廣泛地使用光電穩(wěn)定平臺(tái)。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利、以色列等國(guó)家在光電穩(wěn)定平臺(tái)研制中處于國(guó)際領(lǐng)先地位，如美國(guó)空軍研制的“捕食者”系列軍用無人機(jī)，其掛載的高精度光電穩(wěn)定平臺(tái)是美軍一種重要的遠(yuǎn)程中高度監(jiān)視偵察系統(tǒng)（如圖 1.2所示），方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 n× 360°，俯仰角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 120 ° 90°，角速度最高達(dá)到90 ° / s，視軸穩(wěn)定精度約為 2μrad；法國(guó) 1994 年研制的“唯吉-105”型光電火控紅外系統(tǒng)，方位角工作范圍 n× 360°，俯仰角工作范圍 25° 65°，視軸穩(wěn)定精度約為 0.1mrad；英國(guó)研制的 FIN1155 型光電穩(wěn)定平臺(tái)，其視軸穩(wěn)定精度為 0.1mrad；以色列研制的 ESP600C型光電穩(wěn)定偵查平臺(tái)，采用兩軸三框架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式，俯仰角工作范圍為 110° 10°，方位角滿足 n× 360°工作范圍，視軸穩(wěn)定精度為 15μrad。南非在光電穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)研究上也很突出，如其研究的 GoShawk 型穩(wěn)定平臺(tái)，方位角工作范圍 n× 360°，俯仰角工作范圍 15 ° 120°，視軸穩(wěn)定精度為 30urad。這些國(guó)家對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)的研究，代表了國(guó)際先進(jìn)水平。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP273;TN29

【參考文獻(xiàn)】

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2 王偉國(guó);劉廷霞;李巖;張文豹;李博;姜潤(rùn)強(qiáng);徐濤;;用于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的衛(wèi)星跟蹤策略[J];光學(xué)精密工程;2015年03期

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6 李莉;朱s，

本文編號(hào)：2600705