【摘 要】
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光电稳瞄平台是利用光电传感器实现对目标搜索、定位与跟踪的设备,通过隔离载体扰动,保证光学设备视轴稳定,完成对目标的跟踪和定位。多用在武器装备中,一般搭载在无人机、船舰、车辆等设备上。然而战场环境复杂多变,稳瞄平台会受到摩擦力矩、高频噪声等多种扰动因素的影响,导致视轴稳定精度降低。因此,为提高光电稳瞄平台的视轴稳定精度,本文开展了光电稳瞄平台自抗扰控制策略研究,主要分为以下几个方面:(1)建立了光电
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光电稳瞄平台是利用光电传感器实现对目标搜索、定位与跟踪的设备,通过隔离载体扰动,保证光学设备视轴稳定,完成对目标的跟踪和定位。多用在武器装备中,一般搭载在无人机、船舰、车辆等设备上。然而战场环境复杂多变,稳瞄平台会受到摩擦力矩、高频噪声等多种扰动因素的影响,导致视轴稳定精度降低。因此,为提高光电稳瞄平台的视轴稳定精度,本文开展了光电稳瞄平台自抗扰控制策略研究,主要分为以下几个方面:(1)建立了光电稳瞄平台数学建模。首先探究了光电稳瞄平台组成部分,明晰了光电稳瞄平台伺服系统的三种工作模式。其次依据速度环中每个元件的工作原理列写各个元件的微分方程,根据拉普拉斯变换建立了系统的传递函数,利用在实验平台的开环实验数据和得到系统的先验信息,通过最小二乘辨识得到系统模型的参数,建立了光电稳瞄平台速度环的数学模型。分析了不确定性干扰、测量噪声以及力矩干扰对光电稳瞄平台的稳定精度的影响,为光电稳瞄平台控制系统设计奠定基础。(2)针对非线性摩擦力矩扰动导致光电稳瞄平台视轴稳定精度降低的问题,提出了光电稳瞄平台的自抗扰控制方法,设计了光电稳瞄平台的自抗扰控制系统,并采用分离原则对控制器的每个部分的参数进行整定。通过仿真将PID及自抗扰控制器进行仿真对比结果表明,自抗扰控制具有抗干扰能力强、鲁棒性强的特点,适用于光电稳瞄平台的高精度控制。(3)针对上述自抗扰存在测量噪声被放大,稳定精度低的问题,提出了串级自抗扰控制方法。分析了高频噪声对扩张状态观测器的阶数和增益的影响,提出了基于不同频率的扩张状态观测器的参数整定方法,并对扩张状态观测器的收敛性进行证明。最后对串级自抗扰控制、PID和自抗扰控制器仿真对比,结果表明,基于串级自抗扰控制光电稳瞄平台在抑制高频噪声、动态响应、稳定精度方面的优越性。(4)为验证本文设计的控制器在实物平台中的有效性,设计了基于DSP的伺服控制系统,并应用在光电稳瞄平台中。在伺服控制分系统中实现了PID、自抗扰和串级自抗扰控制,并应用在光电稳瞄系统的实物平台,进行了动态性能对比实验以及抗摩擦力矩干扰实验,实验结果表明,光电稳瞄平台采用串级自抗扰时,不但提高能够光电稳瞄平台的稳态误差、改善系统的动态性能,而且能抑制非线性摩擦力矩干扰,验证了本文提出的算法的有效性。
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