光电吊舱稳定平台的开发与关键技术的研究

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光电吊舱稳定平台作为一种可搭载光电探测设备的机载装备,具备步进搜索、快速跟踪与精准指向等功能。在飞行载体运动的过程中,稳定平台会受到机体振动、气流冲击和摩擦等干扰,容易造成光电探测设备成像模糊的问题,因而需要稳定平台隔离载体扰动。本论文以某光电吊舱伺服控制系统研制为背景,首先完成了稳定平台伺服系统的总体方案及电路设计,其次针对影响视轴稳定精度的因素进行研究,最后完成系统软件设计及联试联调。主要完成的内容如下:  (1)根据吊舱伺服控制系统的功能要求和性能指标,确立伺服系统总体方案。根据负载计算完成了核心元部件的选型,并完成了系统硬件电路的设计。  (2)基于两轴两框架结构的视轴稳定原理,采用欧拉变换的方法,推导了载体扰动补偿方程。建立光电稳定平台伺服系统的数学模型,借助Matlab仿真工具对控制系统的电流环、速度环、稳定环和位置环进行仿真设计。建立伺服系统隔离度数学模型,通过仿真测试得知隔离度的幅频特性呈现带通特性。  (3)分析了摩擦扰动对视轴稳定带来的影响,建立LuGre摩擦模型并进行仿真分析。针对摩擦扰动造成系统低速跳动问题,采用了基于双速度环的扰动补偿和非线性加速度前馈补偿两种扰动补偿方法。通过仿真分析得知,前者有效地提高了系统的稳定指标,后者有效地解决了系统在低速运行时稳定误差角出现的尖峰问题。针对陀螺噪声干扰问题,采用巴特沃斯二阶低通滤波器方法有效抑制了高频噪声,通过仿真分析得知,可提高控制系统的隔离度。  (4)根据系统的功能要求,完成了软件需求分析,设计了系统软件流程。采用模块化编程风格,完成了初始化模块、通信模块、控制算法模块、功能模块和参数装订模块的开发。设计了光电稳定跟踪实验测试系统,针对隔离度问题开发了扰动补偿的程序,通过实验验证了扰动补偿算法的可行性。根据性能指标,进行了系统联试联调,完成了系统各功能的实现和技术指标的验证。
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