光电跟踪平台视轴稳定关键技术的研究

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光电稳定平台作为一种高精度跟踪的伺服系统,它不仅可以把载体运动状态下受到的扰动有效的隔离,使得安装在平台上的跟踪设备保持视轴稳定,还能防止设备在工作期间因某种扰动而跟踪不上导致目标丢失,有精准指向目标的作用。由于光电跟踪系统应用领域越来越多,期望光电跟踪平台更加灵活,以便无论在哪种情况下都可以实现对目标的稳定跟踪。但稳定平台在运行中会受到载体本身及外界环境的影响,实际系统的精度不容易提高。所以,探索和研究先进策略,对提高稳定平台视轴的目标跟踪能力、扰动抑制能力具有重大的意义。本文将以伺服控制系统为研究对象,以提高稳定平台的控制性能为目的,研究先进的控制策略方法,具体研究内容如下:(1)从光电跟踪平台的机理角度分析,构建了其数学模型,列出整个系统的方程,同时将此模型经过一系列的整理和简化,最终化简为一种二阶环节,并给出状态空间表达式,为视轴稳定控制策略的研究奠定了基础。(2)在光电跟踪伺服系统中获取输入信号的微分信息对于系统而言十分重要。本文结合有限时间理论,构造加速度函数时引入了双曲正弦函数,设计有限时间双曲正弦跟踪微分器,所设计的跟踪微分器可以输入任意阶导数,且有效地抑制了噪声,在目标跟踪精度和响应速度等方面颇有优势性。将其应用到稳定平台系统中,仿真结果表现出所设计的有限时间跟踪微分器复合控制具有良好的获取微分信号的效果。(3)考虑到光电跟踪伺服系统运行时会受到外部环境以及系统内部干扰的影响,跟踪精度及鲁棒性降低。为提高稳定平台的跟踪精度,在所设计有限时间跟踪微分器的基础上,提出一种改进型干扰观测器(NDO)对系统干扰进行估计与补偿;设计高阶终端滑模补偿器,进一步补偿干扰的未估计状态。利用Lyapunov函数证明系统的稳定性。仿真结果显示本文所提策略可以削弱传统滑模控制带来的抖振。(4)为了提高光电跟踪伺服系统的精度,结合滑模控制的优点,设计滑模干扰观测器对干扰进行估计与补偿,针对系统的动态部分设计了滑模控制器,进一步补偿干扰估计的不足,增强了控制系统的鲁棒性。利用Lyapunov函数证明系统的稳定性,仿真验证出来的结果表现出所提方法具有一定的优势性。
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