發(fā)布時(shí)間：2017-12-16 03:32

  本文關(guān)鍵詞：慣性穩(wěn)定平臺(tái)中的多傳感器控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 慣性穩(wěn)定平臺(tái) 多閉環(huán) 擾動(dòng)前饋 跟蹤控制 高階前饋

【摘要】：隨著應(yīng)用需求的變化及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,光電跟蹤系統(tǒng)由傳統(tǒng)的固定地基模式逐步向基于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的模式發(fā)展。與固定基座的方式相比,運(yùn)動(dòng)平臺(tái)載體的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起光電跟蹤系統(tǒng)視軸的抖動(dòng),因此需要采用慣性穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)視軸抖動(dòng)進(jìn)行抑制。慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力和跟蹤性能在很大程度上決定了光電系統(tǒng)的跟蹤性能,使其成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力和跟蹤性能,木文從慣性穩(wěn)定平臺(tái)的模型和基本原理出發(fā),重點(diǎn)研究和探討了慣性穩(wěn)定平臺(tái)角加速度和角速度檢測(cè)、擾動(dòng)抑制、位置回路低采樣頻率條件下跟蹤等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,旨在提出一些有效的技術(shù)路線和方法,滿足當(dāng)前工程中的需要。提出在慣性穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)擾動(dòng)抑制較好的情況下,可以將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的復(fù)合軸控制系統(tǒng)等效為地基復(fù)合軸控制系統(tǒng),借鑒地基復(fù)合軸控制系統(tǒng)的方法,提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的跟蹤能力。首先分析了慣性穩(wěn)定平臺(tái)的振動(dòng)條件、物理模型和數(shù)學(xué)模型,指出了影響其擾動(dòng)抑制能力的主要因素。提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力有兩種方法：一是在保證慣性穩(wěn)定平臺(tái)被動(dòng)抑制能力的基礎(chǔ)上,不提高平臺(tái)控制回路的主動(dòng)抑制帶寬,而是從控制算法上開(kāi)展研究,提高控制回路在中低頻的抑制能力,從而提高平臺(tái)總的抑制能力；另一種方法減小慣性穩(wěn)定平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,提高平臺(tái)的主動(dòng)抑制帶寬,從而進(jìn)一步其在中低頻的抑制能力。提高慣性傳感器的檢測(cè)精度和帶寬是提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)主動(dòng)抑制能力的基礎(chǔ)。MEMS線加速度計(jì)帶寬很寬,可以響應(yīng)低頻的擾動(dòng),且具有體積小重量輕的優(yōu)點(diǎn),因此提出采用兩只MEMS線加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)慣性穩(wěn)定平臺(tái)的角加速度。并將MEMS線加速度計(jì)與MEMS陀螺結(jié)合進(jìn)行融合濾波,提高了慣性穩(wěn)定平臺(tái)的速度檢測(cè)帶寬。為了消除MEMS陀螺中的色噪聲,提出采用自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理,該方法不會(huì)造成陀螺信號(hào)的相位滯后,有利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于MEMS線加速度計(jì)和陀螺的慣性傳感器組合對(duì)擾動(dòng)的檢測(cè)精度和帶寬可以滿足慣性穩(wěn)定平臺(tái)控制的需求。同時(shí),該方法減小了平臺(tái)的負(fù)載,有利于進(jìn)一步提高平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力。在分析傳統(tǒng)的速度和位置雙閉環(huán)的關(guān)系穩(wěn)定平臺(tái)的基礎(chǔ)上,提出在速度環(huán)內(nèi)增加加速度閉環(huán),一方面可以提高系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力,系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力等于加速度、速度和位置三回路的抑制能力之和；另一方面為速度回路提供了良好的被控對(duì)象,提高了系統(tǒng)的魯棒性。高增益的加速度閉環(huán)控制回路將驅(qū)動(dòng)的電流源轉(zhuǎn)換為了加速度源。慣性穩(wěn)定平臺(tái)作為0型系統(tǒng),其加速度開(kāi)環(huán)特性在低頻段表現(xiàn)為二階微分,因此慣性穩(wěn)定平臺(tái)的加速度閉環(huán)非常困難。本文提出不“對(duì)消”慣性穩(wěn)定平臺(tái)的二階諧振,根據(jù)期望的閉環(huán)特性,直接采用零極點(diǎn)配置的方法設(shè)計(jì)加速度控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加速度閉環(huán)帶寬達(dá)到了700Hz以上,遠(yuǎn)超速度回路閉環(huán)帶寬,加速度環(huán)在20Hz以下頻段,將傳統(tǒng)基于速度和位置雙回路閉環(huán)慣性穩(wěn)定平臺(tái)的抑制能力提高了約15dB�；谔摂M陀螺的三回路閉環(huán)系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力低于基于光纖陀螺的三回路閉環(huán)系統(tǒng)的抑制能力,因此研究基于擾動(dòng)前饋的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)擾動(dòng)抑制能力。對(duì)于三回路閉環(huán)的慣性穩(wěn)定平臺(tái)來(lái)說(shuō),擾動(dòng)前饋引入節(jié)點(diǎn)的選擇較多,基于速度回路的前饋控制器略優(yōu)于加速度回路的前饋控制器,這主要是由于加速度回路閉環(huán)后,平臺(tái)特性近似為1,有利于速度回路前饋控制器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明,基于擾動(dòng)的前饋控制器將慣性穩(wěn)定平臺(tái)在20Hz以下頻段提高了約10dB,接近采用加速度計(jì)、光纖陀螺和CCD(PSD)三回路閉環(huán)系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力。在慣性穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上,將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)復(fù)合軸控制系統(tǒng)近似等效為地基復(fù)合軸控制系統(tǒng),參考其跟蹤控制的相關(guān)方法,提出采用慣性穩(wěn)定平臺(tái)相對(duì)位移傳感器和精電視脫靶量結(jié)合獲取目標(biāo)相對(duì)于粗跟蹤機(jī)架的運(yùn)動(dòng)軌跡,獲取目標(biāo)的位置、速度、加速度甚至是加加速度信息,將這些高階信息用于跟蹤前饋控制,用于補(bǔ)償精電視脫靶量滯后引起的誤差,提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的跟蹤能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,速度和加速度前饋可以提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的跟蹤能力5倍以上。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 朱明超;劉慧;張?chǎng)?賈宏光;;慣性穩(wěn)定平臺(tái)自適應(yīng)前饋控制[J];光學(xué)精密工程;2015年01期

2 唐濤;張桐;黃永梅;付承毓;;慣性穩(wěn)定平臺(tái)中的加速度反饋控制技術(shù)[J];紅外與激光工程;2014年10期

3 胥青青;紀(jì)明;雷霏霖;徐飛飛;譚名棟;李紅光;;光電穩(wěn)瞄二級(jí)穩(wěn)定系統(tǒng)性能分析及測(cè)試[J];應(yīng)用光學(xué);2014年01期

4 王晶;紀(jì)明;張沖;高勇;吳玉敬;薛小樂(lè);;瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定精度的影響因素仿真[J];指揮控制與仿真;2013年06期

5 馬佳光;唐濤;;復(fù)合軸精密跟蹤技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J];紅外與激光工程;2013年01期

6 徐飛飛;劉莎;尹明東;紀(jì)明;;基于反射鏡補(bǔ)償?shù)拇志M合穩(wěn)定控制系統(tǒng)性能對(duì)比與分析[J];應(yīng)用光學(xué);2013年01期

7 李磊;袁健;;一種有限記憶的自適應(yīng)跟蹤卡爾曼濾波器[J];中國(guó)水運(yùn)(下半月);2012年11期

8 徐飛飛;紀(jì)明;解靜;牛靜;高瑜;胥青青;;FSM在高精度瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J];應(yīng)用光學(xué);2012年01期

9 覃方君;李安;許江寧;;13加速度計(jì)捷聯(lián)慣導(dǎo)姿態(tài)解算方法(英文)[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2011年06期

10 成宇翔;張衛(wèi)平;陳文元;崔峰;劉武;吳校生;;MEMS微陀螺儀研究進(jìn)展[J];微納電子技術(shù);2011年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 魏偉;高精度機(jī)載光電平臺(tái)視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

2 劉子棟;運(yùn)動(dòng)平臺(tái)ATP系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2015年

3 葛兵;動(dòng)基座下光電經(jīng)緯儀視軸穩(wěn)定控制方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

4 夏運(yùn)霞;運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中慣性穩(wěn)定控制技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

5 蔡立華;基于陀螺的艦載光電經(jīng)緯儀視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2011年

6 楊杰;無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)構(gòu)型研究與誤差分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

7 姬偉;陀螺穩(wěn)定光電跟蹤平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)研究[D];東南大學(xué);2006年

8 胡浩軍;運(yùn)動(dòng)平臺(tái)捕獲、跟蹤與瞄準(zhǔn)系統(tǒng)視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

9 王連明;機(jī)載光電平臺(tái)的穩(wěn)定與跟蹤伺服控制技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2002年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 劉紅梅;自適應(yīng)噪聲對(duì)消濾波器的仿真及其FPGA實(shí)現(xiàn)[D];湖南大學(xué);2012年

2 曹斌芳;自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)的研究[D];湖南大學(xué);2007年

3 劉向;線加速度計(jì)在平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)中應(yīng)用的理論研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2004年

，

本文編號(hào)：1294569