复合轴精密跟踪技术的应用与发展

复合轴是双通道控制的一种实现结构,可大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度和响应频率,在光电跟踪观测、激光通讯和光束稳定控制中有着广泛应用。在高精度跟踪控制领域,复合轴控制技术是实现微弧度角秒级甚至亚微弧度非常有效的手段。文中介绍了复合轴跟踪系统的基本原理和主要技术问题。在复合轴控制系统中,主轴、子轴的控制带宽匹配是实现复合轴控制技术的前提,子轴（快速反射镜）的精度是复合轴精度的制约。重点分析了复合轴跟踪系统近年的发展与技术进步,如多重复合轴、虚拟复合轴以及自适应光学和复合控制等技术在复合轴系统中的应用等。     

机载激光武器跟踪瞄准精度、误差源及控制分析

对机载激光武器跟踪瞄准精度要求进行了分析, 给出了复合轴的控制结构, 具体分析了跟踪瞄准的误差源, 采用Matlab/Simulink对复合轴伺服系统进行仿真研究。仿真结果表明, 系统动态性能良好, 跟踪精度和扰动抑制具有较好的效果, 复合轴伺服系统在机载激光武器跟踪瞄准系统中是一种十分有效的控制结构。     

机载激光武器高精度跟踪控制技术研究

机载激光武器系统是一种定向能武器系统,对跟踪精度要求较高,传统PID控制无法满足其高精度跟踪需求。建立了预瞄模型、探测器模型、快速反射镜模型、时滞模型等数学模型,搭建完整的仿真系统,并创新性地采用自抗扰控制算法和复合轴控制结构相结合的控制方式,以提高控制精度。通过功能验证试验验证文中搭建的仿真系统,加入实际采集的某运输机扰动,其跟踪精度为5.16 μrad,相较于传统PID控制,跟踪精度提高25倍。同时给出一种虚拟战场场景,经文中搭建的仿真模型验证,其俯仰轴和偏航轴的跟踪精度均小于10 μrad。     

机载激光通信系统精跟踪单元变结构控制技术

APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分.通过对精跟踪伺服单元结构的分析及复合轴APT系统对精跟踪单元的要求,设计了精跟踪的控制函数模型.根据不同飞行平台振动环境的特点,实现了变结构的精跟踪智能控制,使精跟踪的控制精度达到最优,并进行了MATLAB仿真验证.最后,经过APT复合轴的室内实验系统测试得出:在几种典型的机载平台环境下,最终的跟踪精度都保持在3 μrad左右.     

星载光电复合轴跟踪控制技术研究

将两轴光电跟踪仪搭载于卫星平台对空间运动目标进行持续跟踪监视正在成为一个研究热点,目前这类系统有天基空间目标监视系统(SBSS)、空间跟踪与监视系统(STSS)和持续跟踪与监视系统(PTSS)。为了解决天基目标监视中星载动基座情况下的光轴稳定跟踪控制技术,首先简化了星载光电跟踪控制系统的物理模型,然后求解了太阳同步轨道附近两卫星的相对运动角速度和角加速度大小,接着分析了基于光电复合轴方式的主动稳定跟踪控制方案和原理,最后建立了单轴系的星载光电复合轴跟踪控制系统仿真模型,计算结果为:对相对机动范围内(37.68 ()/s、47.33 ()/s2)的空间目标和相对低匀速范围内(0.1 ()/s)的空间卫星的稳定跟踪精度为2.5。     

有源电力滤波器电流控制研究

传统PI无法实现有源电力滤波器无静差谐波补偿,本文提出了两种输出电流控制策略：PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术与指定次数无静差控制技术。PI控制和重复控制并联运行的复合控制技术利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度,PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。指定次数无静差控制技术对单频率谐波进行无静差调节。仿真与实验结果证明了所提出的两种控制技术的有效性。     

两轴稳定平台的模糊-PID复合控制器设计与仿真

根据两轴光纤陀螺雷达天线稳定平台的工作要求,设计了经典PID稳定回路控制器和跟踪回路控制器,并设计了基于遗传算法的跟踪回路模糊控制器。针对两种位置控制器的不足,设计了模糊控制调整加权因子的模糊-PID复合控制器。仿真结果表明,采用复合控制器可以加快系统跟踪速度,提高系统强抗干扰能力,并能保持较高的跟踪精度。     

探测器条状噪声对精跟踪系统光斑定位的影响

捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器在不同噪声下对精跟踪系统进行光斑位置定位的影响不同。分析了探测器条状噪声的来源,理论推导了条状噪声对质心算法的影响。采用阈值质心算法对含有条状噪声和椒盐噪声的图像进行光斑定位,仿真分析了不同阈值、不同光斑图像信噪比下X轴和Y轴的光斑定位偏差,对比了X轴和Y轴的光斑定位精度。仿真结果表明,沿Y轴方向延伸的条状噪声使得X轴光斑定位精度优于Y轴。实验分别测试了不同系统配置、不同干扰幅度下精跟踪系统X轴和Y轴的跟踪精度。实验结果表明,对于两个正交轴对称的精跟踪系统,X轴的跟踪精度优于Y轴,从而验证了条状噪声的存在使得X轴的光斑定位精度优于Y轴的结论,实验结果和仿真分析结果相符。     

基于双重扩展卡尔曼滤波器的共轴跟踪技术研究

为了解决光电经纬仪由于机动目标运动模型不准确而引起的跟踪精度下降的问题,采用了单隐层前向神经网络(SLFNs)进行建模,提出了基于状态参数双重扩展卡尔曼滤波估计的共轴跟踪控制技术。仿真与实验结果显示,对83.33sin0.6t的等效正弦目标的速度估计最大误差为0.070 9()/s,跟踪精度为2.42';对旋转周期为4.5 s的光学动态靶标的跟踪精度达到2.96'以内。由此可见,所建立的模型与机动目标实际模型匹配,双重扩展卡尔曼滤波器(DEKF)能快速跟踪和估计状态参数。与传统控制方法相比,提出的方法具有更高的跟踪能力,能有效提高系统的跟踪精度。     

空间激光通信粗跟踪等效复合控制技术

在激光通信光端机伺服控制中，基于速度、加速度滞后补偿的等效复合控制技术能够大幅提高光端机的跟瞄精度，同时对系统稳定性影响较小。本文首先建立了卫星激光通信光端机双向跟瞄模型，分析了光端机工作扰动来源，解算出运动和扰动的等效正弦信号，在速度、位置双回路闭环控制的基础上，开展了等效复合控制技术研究；通过对控制参数进行基于方差的敏感度分析，完成了速度、加速度滞后补偿参数的优化设计；最后在室内构建了实验系统，完成了仿真分析和实验验证。实验结果表明，采用等效复合控制后，在双端运动状态下，跟踪误差为56.8μrad，误差减小了80.06%，大幅提高了光端机粗跟踪动态的跟踪精度。