【摘要】：機(jī)載光電平臺(tái)作為非常重要的無人機(jī)任務(wù)載荷,被廣泛用于航空偵察、目標(biāo)指示和定位、打擊校射、戰(zhàn)場毀傷評估、航空測繪等領(lǐng)域。它最主要的功能是隔離載機(jī)擾動(dòng),使光學(xué)設(shè)備的視軸具有穩(wěn)定的空間指向并且穩(wěn)定地跟蹤指定目標(biāo)。隨著搭載的光學(xué)設(shè)備探測距離的不斷加大,對機(jī)載光電平臺(tái)性能指標(biāo)的要求越來越高。精密伺服控制系統(tǒng)是機(jī)載光電平臺(tái)的重要組成部分,其運(yùn)動(dòng)控制性能對機(jī)載光電平臺(tái)的精度和性能的提高起到了決定性的作用。工程應(yīng)用中,應(yīng)用比較廣泛的控制器仍然是傳統(tǒng)的比例積分微分(PID)和超前滯后等線性控制器。這類控制器雖然使用起來比較方便簡單,并且經(jīng)過多年發(fā)展和完善在機(jī)載光電平臺(tái)上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟,也能取得不錯(cuò)的效果。但是,當(dāng)需要進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能時(shí),這類控制器具有其固定的局限:首先,傳統(tǒng)線性控制器對載體擾動(dòng)、摩擦、質(zhì)量不平衡、氣流擾動(dòng)、輸出力矩波動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)等內(nèi)部外部擾動(dòng)和非線性效應(yīng)的控制能力有限,依賴精確模型的控制器設(shè)計(jì)沒有充分考慮未建模動(dòng)態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)變化的影響;其次,傳統(tǒng)應(yīng)用中對每個(gè)框架的單獨(dú)控制對多個(gè)自由度之間存在耦合的多輸入多輸出(Multiple input and multiple output:MIMO)系統(tǒng)控制效果不理想。本文以某三軸機(jī)載光電平臺(tái)為研究對象,針對以上問題進(jìn)行了如下理論和應(yīng)用研究。首先,分析了幾種機(jī)載光電穩(wěn)定平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),對被動(dòng)隔振和主動(dòng)穩(wěn)定的機(jī)理,以及影響機(jī)載光電平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)性能的各類擾動(dòng)進(jìn)行了全面的分析。由于永磁同步電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩慣量比高、無電刷摩擦、高可靠性等特點(diǎn),在機(jī)載光電平臺(tái)控制系統(tǒng)中備受關(guān)注。本文對基于永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行建模分析,得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)模型。在模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基本的滑模控制器,通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了滑�？刂破鞯目箶_動(dòng)性能,并進(jìn)一步分析了滑�？刂破髦星袚Q增益過大容易造成抖振的問題,實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須加以抑制。其次,針對機(jī)載光電平臺(tái)系統(tǒng)擾動(dòng)復(fù)雜性的特點(diǎn),本文提出了基于快速非線性跟蹤微分器和擾動(dòng)觀測器的魯棒滑模控制方法。由于滑�？刂坡傻母咔袚Q增益容易造成抖振,并且一般情況下,在實(shí)際系統(tǒng)中沒有加速度傳感器的條件下,不容易獲取信號(hào)的微分。因此在提出的魯棒滑�？刂破髦屑尤肟焖俜蔷�性跟蹤微分器和擾動(dòng)觀測器,跟蹤微分器可以提供信號(hào)的微分,而擾動(dòng)觀測器除了可以利用其觀測得到的擾動(dòng)對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償外,還可以有效的降低滑�？刂坡傻那袚Q增益從而降低系統(tǒng)的抖振效應(yīng)。同時(shí),為了降低輸入信號(hào)噪聲的影響,本文對快速跟蹤微分器進(jìn)行了改進(jìn)。通過在單軸永磁同步電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),證明了本文提出的基于快速跟蹤微分器和擾動(dòng)觀測器的魯棒滑�？刂品椒ǖ挠行�。再次,針對傳統(tǒng)應(yīng)用中對每個(gè)框架的單獨(dú)控制帶來的多個(gè)自由度之間存在解耦不徹底和未建模耦合特性等問題,本文針對三軸機(jī)載光電平臺(tái)建立相對完善的三自由度耦合模型,模型充分考慮了研究對象三個(gè)框架之間的動(dòng)力學(xué)耦合,并給出其動(dòng)力學(xué)方程。在建立的模型基礎(chǔ)上,提出了一種針對三軸機(jī)載光電平臺(tái)的MIMO模糊滑�？刂品椒�,方法的主要特點(diǎn)是利用模糊邏輯進(jìn)行耦合補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)還可以有效的減輕滑�？刂频亩墩裥�(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的耦合補(bǔ)償作用。最后,本文根據(jù)某項(xiàng)目的實(shí)際需要,進(jìn)行了三軸機(jī)載光電平臺(tái)系統(tǒng)伺服控制及驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì),對永磁同步電機(jī)SVPWM控制的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。利用五軸搖擺臺(tái)搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對所提控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的三軸機(jī)載光電平臺(tái)MIMO模糊滑�？刂品椒ň哂袑�(shí)際的可行性,引入快速跟蹤微分器的改進(jìn)算法在三軸機(jī)載光電平臺(tái)穩(wěn)定精度的提高方面具有明顯優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V24;TP273
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論的目的和意義戰(zhàn)場上的重要作用已經(jīng)得到世界各國的戰(zhàn)場偵察、目標(biāo)定位與打擊、毀傷效果quation Chapter 1 Section 1臺(tái)一般由慣性穩(wěn)定平臺(tái)和可見光相機(jī)、成，典型的機(jī)載光電平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖 1.1到超視距的信息，為作戰(zhàn)方提供第一手至關(guān)重要的作用。從某種程度上講，現(xiàn)多的敵方信息直接關(guān)系到戰(zhàn)爭的勝敗。

盾”是一種導(dǎo)航和目標(biāo)瞄準(zhǔn)分置的機(jī)載吊艙式光電察距離可達(dá) 24.5 千米。后來，美國海軍又對第一代了新型的激光器，提高了激光器的工作距離，前了提升，改進(jìn)后的系統(tǒng)從原來的 7600 米作戰(zhàn)高度技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，美軍服役的新近瞄準(zhǔn)吊艙的進(jìn)，其現(xiàn)有高端裝備均可以在超過 15000 米的高擊手”系列增程型瞄準(zhǔn)吊艙，采用了新型的前視到了進(jìn)一步的提升，其目標(biāo)的辨認(rèn)能力甚至達(dá)到了5 倍。(a) “藍(lán)盾”系列瞄準(zhǔn)吊艙

圖 1.3 鷹隼-III 晝夜瞄準(zhǔn)吊艙Figure 1.3 YINGS-III day/night targeting pod利用無人機(jī)確立了在戰(zhàn)場上的優(yōu)勢地位以后，經(jīng)歷了察平臺(tái)得到了世界各國的關(guān)注，更成為各國軍隊(duì)不載光電平臺(tái)研制方面，美國、以色列、加拿大一直 1.6 分別是國外比較具有代表性的機(jī)載光電平臺(tái)。先的光電平臺(tái)的性能參數(shù)。從官方公布的數(shù)據(jù)可以載光電平臺(tái)的穩(wěn)定精度甚至達(dá)到了 5 rad。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李賢濤;張葆;沈宏海;;基于自抗擾控制技術(shù)提高航空光電穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)隔離度[J];光學(xué)精密工程;2014年08期

2 鐘麥英;矯成斌;李樹勝;趙巖;;基于PMI的三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)干擾力矩補(bǔ)償方法研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2014年04期

3 周向陽;李建平;劉煒;;航空攝影慣性穩(wěn)定平臺(tái)框架動(dòng)力學(xué)研究與分析[J];測繪科學(xué);2013年03期

4 周向陽;劉煒;;航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)振動(dòng)特性分析與隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2012年03期

5 陰蕊;房建成;鐘麥英;;航空遙感用三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)建模與仿真[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2011年06期

6 孫輝;郎小龍;李志強(qiáng);孫麗娜;;動(dòng)載體光電平臺(tái)視軸穩(wěn)定精度的檢測[J];光學(xué)精密工程;2011年09期

7 李樹勝;鐘麥英;;基于PID的航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2011年S1期

8 李勇建;;慣性穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)定條件與陀螺安裝位置[J];壓電與聲光;2011年02期

9 王仁臻;陳祖金;聶文杰;;四環(huán)式兩軸穩(wěn)定平臺(tái)閉鎖環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];航空兵器;2010年06期

10 劉穎;周波;方斯琛;;基于新型擾動(dòng)觀測器的永磁同步電機(jī)滑�？刂芠J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王一光;滑模變結(jié)構(gòu)控制在掃描光刻系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 蘇位峰;異步電機(jī)自抗擾矢量控制調(diào)速系統(tǒng)[D];清華大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2749880