隨著光電跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,期望光電跟蹤系統(tǒng)具備靈活性和機(jī)動性,以便無論在哪種運(yùn)動平臺下都可以實現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤。在運(yùn)動平臺下的光電跟蹤系統(tǒng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)較傳統(tǒng)地基光電設(shè)備更大。由于運(yùn)動載體的機(jī)動和環(huán)境振動會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的視軸穩(wěn)定,因此光電跟蹤系統(tǒng)的抗擾技術(shù)至關(guān)重要。本文針對光電跟蹤系統(tǒng)中機(jī)架和精密穩(wěn)定平臺等執(zhí)行結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)視軸穩(wěn)定控制中面臨的問題,分別提出了基于H∞原理的擾動觀測器設(shè)計方法、基于虛擬速度三閉環(huán)控制、改進(jìn)型Smith預(yù)估器和復(fù)合穩(wěn)定平臺及控制方法,并通過實驗驗證分析了所提方法達(dá)到的性能效果。本文首先介紹了光電跟蹤系統(tǒng)的工作原理,分析了穩(wěn)定和跟蹤兩個問題的處理方式。通過建立光電跟蹤平臺的坐標(biāo)系,推導(dǎo)了實現(xiàn)視軸穩(wěn)定的擾動補(bǔ)償方程,并基于擾動補(bǔ)償方程闡述了慣性陀螺的兩種安裝方式。其次,分析了光電跟蹤系統(tǒng)的復(fù)合軸控制結(jié)構(gòu),對機(jī)架和精密穩(wěn)定平臺分別進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。因為系統(tǒng)的視軸穩(wěn)定精度取決于系統(tǒng)的擾動抑制能力。對任何伺服系統(tǒng)來說,系統(tǒng)的擾動抑制能力都是由主動抑制能力和被動抑制能力組成。主動抑制能力的性能取決于被控對象的特性、慣性傳感器的性能和控制算法。而被動抑制能力取決于... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

美國的SeaFLIR系統(tǒng)

運(yùn)動平臺下光電跟蹤系統(tǒng)的抗擾控制技術(shù)研究4圖1.3美國的SeaFLIR系統(tǒng)Figure1.3AmericanSeaFLIRSystem圖1.4法國的PASEOXLR系統(tǒng)Figure1.4FrenchPASEOXLRsystem表1.1國內(nèi)外具有代表性的光電吊艙的技術(shù)指標(biāo)Table1.1Technicalindicatorsofrepresentativeoptoelectronicpodsathomeandabroad型號結(jié)構(gòu)形式最大角速度最大角加速度穩(wěn)定精度以色列ESP-600C兩軸三框架50°/s60°/s215μrad美國Skyball-SA-144/18兩框架2rad/s4rad/s235μrad意大利Caselle-Torinese兩軸60°/s0.4mrad加拿大14QS四框架90°/s35μrad中國T6兩軸60°/s60°/s20.3mrad機(jī)載光電跟蹤設(shè)備主要用于為飛機(jī)提供對地監(jiān)視、偵察和成像等信息。對光電穩(wěn)定平臺的小型化、輕量化和高穩(wěn)定精度都有較高的技術(shù)要求。表1.1展示了

運(yùn)動平臺下光電跟蹤系統(tǒng)的抗擾控制技術(shù)研究6載的低頻高幅度振動主要來源于衛(wèi)星運(yùn)動姿態(tài)變化和太陽電池陣列的共振或熱瞬態(tài)影響，這類擾動的頻率為幾Hz量級，而機(jī)械裝置和電機(jī)等產(chǎn)生的擾動一般集中在1~2KHz，但振動幅度在微弧度量級[22]。機(jī)械結(jié)構(gòu)特性從機(jī)械隔振的角度考慮，無論是幾軸幾框架的跟蹤轉(zhuǎn)臺，其機(jī)械特性都為低通形式，對中高頻的激勵或振動都具備一定的衰減能力。但出于結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計的要求，轉(zhuǎn)臺自身的隔振能力是非常有限的。因此，運(yùn)動平臺下的光電設(shè)備下面都要安裝相應(yīng)的隔振器，以提高其抗振和抗沖擊能力。在詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JamesWebbSpaceTelescope，縮寫JWST)中利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星載體間的塔式結(jié)構(gòu)起到了隔離載體振動的作用，被動隔振抑制了大部分的高頻振動(1Hz以上)[23]；斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡(SpitzerSpaceTelescope，縮寫為SST)的隔離器(active/passiveSCisolator，縮寫為APSI)利用六足的彈簧機(jī)構(gòu)實現(xiàn)被動隔離，隔離頻率為0.5~2Hz[24]。圖1.5斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡的主被動隔振器Figure1.5ActivePassiveSpacecraftIsolator(APSI)ofSpitzerSpaceTelescope對光電跟蹤平臺自身的機(jī)械特性來說，被控對象的摩擦、機(jī)械諧振、軸承間的耦合、質(zhì)量不平衡等因素限制了系統(tǒng)可實現(xiàn)的控制帶寬，會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。摩擦是任何接觸式的機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置都不可避免的問題。由于摩擦環(huán)節(jié)的存在，嚴(yán)重制約了控制系統(tǒng)動靜態(tài)性能的提高。在轉(zhuǎn)臺掉頭換向和低速運(yùn)行的工作狀態(tài)下，會出現(xiàn)摩擦力矩反向和低速爬行現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，嚴(yán)重情況下甚至?xí)䦟?dǎo)致極限環(huán)震蕩現(xiàn)象。為了減少摩擦帶來的影響，可采用潤滑劑、提高加工精度和優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的方式，但是只能在一定程度上降低摩擦的副作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3297093