發(fā)布時間：2018-05-29 05:18

  本文選題：機載光電穩(wěn)定平臺 + 伺服控制��； 參考：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：由于能夠在機載環(huán)境下迅速捕獲、跟蹤、瞄準運動目標,機載光電平臺被廣泛地應(yīng)用于航空偵察、測量定位以及打擊效果評估等領(lǐng)域。近幾年來機載光電穩(wěn)定平臺中不斷采用新型的材料以及高性能探測器,遠距離、高精度成為機載光電平臺需要解決的問題。尤其是探測距離,已經(jīng)從十幾公里漸漸提升至幾十公里、甚至幾百公里。遠距離、高精度的航空偵察、測量定位以及精確打擊等的發(fā)展對偵察圖像的清晰度以及目標定位精度等的要求不斷提高,這對機載光電平臺伺服系統(tǒng)視軸穩(wěn)定精度與跟蹤精度的要求也越來越高。在機載光電穩(wěn)定平臺的工作過程中,伺服控制系統(tǒng)總會受到模型干擾,力矩、角速度干擾以及傳感器執(zhí)行器噪聲干擾等等。一般情況下,機載光電穩(wěn)定平臺的模型不能精確獲得,其系統(tǒng)本身的特性受外界環(huán)境的影響而變化,同時力矩、角速度干擾,傳感器執(zhí)行器等噪聲干擾也是不確定時變的。為解決機載光電平臺的上述不確定性問題以及提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度、跟蹤精度,本文以某型兩軸四框架機載光電穩(wěn)定平臺伺服系統(tǒng)為研究對象,主要對伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定與跟蹤進行了以下幾方面的研究工作:(1)本文首先分析機載光電穩(wěn)定平臺的性能需求以及系統(tǒng)的組成,并在此基礎(chǔ)上討論了機載光電穩(wěn)定平臺工作流程以及伺服系統(tǒng)的四種工作狀態(tài)。然后本文詳細分析了伺服控制系統(tǒng)中光電編碼器、速率陀螺以及控制電機的種類與特性,為機載光電穩(wěn)定平臺伺服控制系統(tǒng)中傳感器、執(zhí)行器的選擇提供了依據(jù),進而為設(shè)計理想的伺服系統(tǒng)控制器奠定了硬件基礎(chǔ)。(2)本文將機載光電穩(wěn)定平臺中的擾動分為模型干擾,力矩、角速度干擾以及傳感器執(zhí)行器等噪聲干擾三大類,并詳細地分析了機載光電平臺的各類擾動的特點以及抑制方法。然后基于直流有刷力矩電機建立了伺服系統(tǒng)速度環(huán)、位置環(huán)雙閉環(huán)控制模型。同時在此模型的基礎(chǔ)上介紹了機載光電平臺伺服系統(tǒng)開環(huán)相位裕度、閉環(huán)帶寬、閉環(huán)力矩剛度以及擾動隔離度等性能要求,為伺服系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。(3)基于機載光電平臺模型以及干擾的不確定性等特點,本文討論了幾種經(jīng)典控制策略和現(xiàn)代控制策略,最終選擇了魯棒控制策略設(shè)計機載光電穩(wěn)定平臺伺服系統(tǒng)速度環(huán)控制器。在分析標準魯棒H_∞控制的基礎(chǔ)上,本文詳細討論了機載光電平臺伺服系統(tǒng)混合靈敏度H_∞控制器的設(shè)計并提出了基于頻率響應(yīng)的加權(quán)函數(shù)確定,解決了系統(tǒng)性能指標的轉(zhuǎn)換問題等問題。實驗表明本文設(shè)計的混合靈敏度H_∞控制器在抑制模型擾動,力矩、角速度擾動以及響應(yīng)速度等性能方面均優(yōu)于PI控制器以及本文設(shè)計的自抗擾控制器,在1°1Hz擾動情況下伺服系統(tǒng)穩(wěn)定精度優(yōu)于8μrad。(4)本文介紹了在跟蹤工作狀態(tài)下機載光電穩(wěn)定平臺中脫靶量的生成過程,并在此基礎(chǔ)上得出了機載光電平臺伺服系統(tǒng)接收到的脫靶量信息存在不確定有界時變滯后延遲這一結(jié)論,并分析了脫靶量滯后對機載光電穩(wěn)點平臺跟蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及跟蹤精度等性能的影響。在介紹了常用的基于勻加速模型的Kalman預測濾波方法與其缺點之后,本文提出了基于當前統(tǒng)計Singer模型的不確定有界時變延遲的補償,實驗結(jié)果表明該方法優(yōu)于遞推確定延遲Kalman、H_∞預測濾波方法。在機載光電穩(wěn)定平臺的跟蹤實驗中,在1°1Hz擾動下伺服系統(tǒng)跟蹤10°0.2Hz目標的跟蹤精度優(yōu)于0.5mrad。
[Abstract]:The airborne optoelectronic platform is widely used in the fields of aerial reconnaissance, measurement positioning and impact assessment, because it can capture, track, and aim at the moving target in the airborne environment. In recent years, new materials and high energy detectors are used in the airborne photoelectric stabilization platform in recent years. The airborne photoelectric flat is a long distance and high precision. The development of remote, high-precision aerial reconnaissance, measurement and positioning, and precision strike, and so on, have improved the definition of the reconnaissance image and the precision of the target positioning, which is a servo system for the airborne photoelectric platform. In the working process of airborne optoelectronic stabilization platform, the servo control system is always subjected to model interference, torque, angular velocity interference and sensor actuator noise interference. In general, the model of airborne photoelectric stable platform can not be obtained accurately, its system base The characteristics of the body are changed by the influence of the external environment, while the noise interference such as torque, angular velocity interference and sensor actuator are uncertain. In order to solve the above uncertainty problems of the airborne photoelectric platform and improve the stability and tracking accuracy of the system, the servo system of a two axis four frame airborne photoelectric stable platform is used in this paper. As the research object, the following research work is carried out on the stability and tracking of servo control system. (1) firstly, this paper analyzes the performance requirements and the system composition of the airborne electro-optical stabilization platform, and then discusses the working process of the airborne photoelectric stable platform and the four working states of the servo system. This paper analyzes the types and characteristics of the photoelectric encoder, rate gyroscope and control motor in the servo control system, and provides the basis for the selection of sensors and actuators in the servo control system of the airborne photoelectric stable platform, and then lays the hardware foundation for the ideal servo system controller. (2) the airborne photoelectric stable platform is introduced in this paper. The disturbances are divided into three categories: model interference, torque, angular velocity interference and sensor actuator and other noise disturbances. The characteristics of various disturbances and the suppression methods of the airborne photoelectric platform are analyzed in detail. Then the servo system speed loop and the position loop double closed loop control model are established based on the DC brushed torque motor. On the basis of the model, the performance requirements of the open loop phase margin, closed loop bandwidth, closed loop torque stiffness and disturbance isolation are introduced, which provide the basis for the design of the servo system. (3) several classical control strategies and modern times are discussed based on the characteristics of the airborne optoelectronic platform model and the uncertainty of the interference. The robust control strategy is finally chosen to design the speed loop controller of the airborne electro-optical stabilization platform servo system. On the basis of the analysis of the standard robust H_ control, the design of the hybrid sensitivity H_ infinity controller for the airborne electro-optical platform servo system is discussed in detail and the determination of the weighted function based on the frequency response is proposed and the solution is solved. The experimental results show that the hybrid sensitivity H_ infinity controller designed in this paper is superior to the PI controller and the self disturbance rejection controller designed in this paper. The stability accuracy of the servo system is better than 8 rad in the case of 1 degree 1Hz disturbance. (4) this paper introduces the generation process of the miss distance in the airborne optoelectronic stabilized platform under the tracking working state. On this basis, the conclusion is drawn that the miss distance information received by the airborne electro-optical platform servo system is uncertain and bounded time-delay delay, and the tracking system of the airborne photoelectric stabilization platform is analyzed. After introducing the common Kalman prediction filtering method based on the uniform acceleration model and its shortcomings, this paper presents an uncertain bounded time-varying delay compensation based on the current statistical Singer model, and the experimental results show that the method is superior to the recursive deterministic delay Kalman and H_ infinity predictive filtering. Methods: in the tracking experiment of airborne photoelectric stabilized platform, the tracking accuracy of servo system tracking 10 degree 0.2Hz target is better than 0.5mrad. at 1 degree 1Hz disturbance.
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V241

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