雷达最优伺服系统设计

本文叙述一种称之为模型跟随法的新的雷达伺服系统设计方法。首先,本文把模型跟随问题转化为一个跟踪误差的调节器问题。当输入为阶跃函数时,我们能够获得一个跟踪误差的最优调节器。仿真结果表明,该雷达设计具有很好的跟随特性。     

变结构天线伺服跟踪控制技术

天线伺服跟踪控制常用的经典PID(Proportion Integral Differential,PID)控制算法中,存在系统的跟踪精度与稳定性的矛盾.将自动控制理论中变结构控制器的思想运用在经典PID控制算法中,设计了一款变结构PID控制器以改善天线伺服跟踪系统的控制效果,并在实践中与经典PID控制的控制效果进行对比,证明了变结构PID控制算法的有效性.     

滞后补偿调节器参数设计

为了解决转台伺服系统设计时速度及加速度滞后补偿环节调节器参数的选定难题,提出一种确定滞后补偿调节器参数的方法。首先,根据滞后补偿原理确定了调节器的模型及其参数取值范围。其次,用穷举法获取了能够保证系统稳定的多组滞后补偿参数。然后,利用MATLAB软件允许在线修改simulink仿真参数的特点编写M文件,逐一计算每组参数对应的跟踪精度,从中确定了最优参数组。最后,验证了应用所选最优参数组时转台的跟踪精度。实验结果表明:应用新方法所设计的滞后补偿调节器时转台的跟踪精度为14.39",完全满足系统精度要求。     

跟踪望远镜控制系统的稳定

提高望远镜的跟踪精度,位置伺服回路设计至关重要。变结构控制器可以有效提高系统的跟踪精度和稳定性能。对意大利伽利略国家望远镜跟踪轴的控制就是一研究实例。研究跟踪特性通常应以空中目标为对象,研究跟踪的目标角偏差。所做的实验均是对模拟空中目标的跟踪。     

舰载光电伺服设备的设计

舰载光电伺服设备由于受到横摇、纵摇、艏摇的扰动,从而对系统的稳态和动态精度会有很大的影响。为解决在海面上远距离跟踪目标精度不高的问题,提出通过CA模型最小二乘法以及船地坐标转换滤波原理,将速度前馈到双闭环伺服控制的速度环中。其位置环、速度环采用一阶、二阶滞后超前串联校正调节器,根据不同的跟踪状态在程序中切换一阶、二阶调节器以达到良好的跟踪效果,最后再加上19位高精度的旋转变压器构成完整的双闭环伺服控制系统,提高了跟踪精度。试验表明:某舰载光电伺服设备使用中波红外跟踪方式远距离跟踪目标,脱靶量最大为35″,旋变反馈角度位置合成值与雷达测得目标实际角度值一致,最大跟踪误差仅为100″,远小于工程中要求4'的跟踪精度。     

结构因素对遥感天线跟踪精度影响分析及对策

在遥感地面站天线设备中,跟踪精度是伺服控制系统的关键技术指标。重点分析影响跟踪精度的机械结构谐振频率、摩擦两个结构因素,给出了影响因素与天线跟踪误差之间的理论关系：天线机械结构谐振频率主要影响伺服动态滞后误差和高仰角跟踪性能;摩擦力矩主要影响跟踪随机误差和伺服低速跟踪平稳性能。给出了改善低速平稳性能的解决措施;提出了一种数字复合控制融合新型结构滤波器(数字凹口滤波器+一阶惯性环节)的动态跟踪控制方法,解决了窄波束天线机械结构谐振频率较低影响伺服跟踪性能的问题。测试结果表明,天线最低平稳运行速度达0.005 (°)/s,速度误差优于10%;天线加速度在0.393 (°)/s²时,方位动态跟踪均方根误差优于0.006 2°。遥感地面站天线设计方法实用有效,为今后同类天线伺服控制系统设计提供了理论依据。     

Ka频段低轨卫星跟踪技术研究

大口径天线在跟踪Ka频段低轨遥感卫星时,由于半功率波束宽度很窄,对天线跟踪提出了更高的要求。从提升天线跟踪精度角度出发,提出了通过采用变积分PID控制及计算机辅助跟踪的方法,有效减小天线伺服环路的动态滞后,提高天线跟踪精度;从优化Ka频段跟踪捕获流程角度,提出了低仰角捕获跟踪及高仰角捕获跟踪时的不同策略,提高大口径天线Ka频段窄波束捕获成功率。采用上述方法和策略,通过仿真及工程调优可以显著提升天线跟踪精度,实现天线高精度跟踪。     

采样伺服格式光盘中摆结构的最佳选择

本文简要分析了采样伺服光盘的特点,讨论了不同摆结构对径向误差信号的影响,从而提出了能获得最大跟踪伺服信号增益的摆结构。     

对车载“动中通”伺服控制系统的研究

通过对干扰进行定性定量的分析,提出提高系统隔离度的方法,构造一个完全适合车载“动中通”伺服跟踪系统的技术方案,为研发“动中通”伺服系统奠定了基础。     

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.     

变结构控制在空间光通信PAT系统中的应用

基于离散指数趋近律和被控对象离散化模型设计了空间光通信的瞄准、捕获和跟踪系统(简称PAT系统)的变结构控制器,通过改变趋近律的参数,消除了系统的抖振现象,使得在滑模方式下系统收敛于平衡点,从而实现了系统远远高于经典频域法对动态目标的跟踪精度。仿真结果表明在跟瞄性能方面变结构控制跟踪动态目标的跟踪精度比经典控制提高了两个数量级,证实了该设计方法的可行性。     

雷达伺服系统的频域辨识与控制方法研究

为解决雷达在目标跟踪中的滞后误差问题,根据现代控制方法,提出了一种实用的伺服设计方法.采用质数倍多正弦信号作为辨识输入激励伺服系统,以频域辨识方法获得伺服系统模型;为提高跟踪精度,将跟踪误差的积分增广为系统状态,进行积分增广状态反馈控制.仿真和雷达跟踪实验表明,频域辨识获取的模型准确度高,同时,所用控制方法能大幅减小目标跟踪中的动态滞后误差,有效提高跟踪精度.     

电视跟踪系统非线性测量延迟滤波算法研究

针对电视跟踪系统存在的脱靶量现象所导致的不能直接进行目标运动参数预测及预测精度降低问题,提出在测量方程中引入一不确定因子γ以表明系统存在测量延迟,且由γ的概率来表示系统的延迟量。同时根据不敏卡尔曼滤波(UKF)原理,给出带有测量延迟的非线性系统的状态估计计算方法(称其为测量延迟UKF算法)。并在电视跟踪伺服控制系统中对此算法进行仿真实验。实验结果证明此算法在电视跟踪等效复合控制系统中的有效性,且实验结果也表明在测量方程中引入一不确定因子γ以表明系统存在测量延迟是有效可行的,而且此算法可大幅度降低速度预测误差和跟踪误差。     

基于CPCIE的并行光电跟踪控制系统

光电跟踪系统作为外场中重要的目标观测与实时定位设备,有着不可忽视的作用。然而,随着目标机动性能的增加,对目标的实时响应就成了制约跟踪系统性能的关键。因此,采用更高性能的处理器和并行处理等手段来提高系统带宽、获得更好的实时性不失为一种好的方法。文章以PCIE总线为架构,以FPGA为协处理器实现数据的共享和分流,用两片DSP作为主要运算单元,搭建一个双路并行伺服控制系统,分别用来控制光电跟踪系统垂直轴和水平轴的两台伺服电机,替代以往的PCI总线架构和单片DSP同时控制垂直轴和水平轴电机的控制系统。采用上述结构不但大大提升了系统总线带宽,提高系统响应,还能克服单片DSP资源不足问题,更好地协调垂直轴和水平轴之间的相互配合。     

空间光通信中精跟踪控制器的设计

精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法.引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强.可有效解决稳定性与准确性的矛盾.实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求.     

机载激光通信终端的模糊变结构跟踪方法研究

机载激光通信系统中视轴的稳定性决定了通信质量的高低,该过程是一个典型的非线性问题.为保证通信链路的建立与稳定,提出一种模糊变结构控制方法.借助变结构思想将模型线性化处理,并用模糊算法来确定切换增益的取值,以削弱抖振.该方法响应迅速且易于实现.仿真结果表明,该方法对机载环境下的激光通信终端所受到的扰动与系统参数摄动具有很好的抑制作用,能够实现视轴的快速稳定跟踪.     

激光跟踪干涉测量系统及其神经网络改进

本文介绍了利用激光跟踪空间坐标测量方法建立的激光跟踪干涉测量系统,并提出了一种基于神经网络方法的 改进方案。目的在于解决跟踪控制系统由于测量系统测量范围大和应用广而呈现的非线性。通过计算机仿真,文中还给出 了基于传统控制理论的伺服跟踪系统和用神经网络构建的伺服跟踪系统的仿真结果。     

机动目标跟踪中的多模算法

机动目标跟踪是一个很具有挑战性的任务，即使是跟踪单目标也可能因为目标的逃避机动而失跟，机动目标跟踪所遇到的基本问题是所建目标模型的动力学方程与目标的实践运动模式存在着不匹配。所以很多学者研究多模算法来解决这一问题。本文对学者们在多模算法上的研究结果进行了系统总结分析，得出结论：变结构的方法是提高跟踪性能、减少运算量，将多模算法用到实际的机动目标跟踪中的有效途径。     

新型终端滑模在光电稳定平台中的应用

为了提高光电伺服稳定平台的跟踪精度,针对系统中干扰的影响提出一种新型终端滑模控制算法。首先,提出一种新型终端滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计和实时补偿。其次,设计新型终端滑模控制器来提高系统的跟踪精度,结合有限时间收敛和自适应控制的思想,对切换增益进行在线调整,有效地抑制了滑模控制中的抖振问题,使系统状态能够在有限时间内快速地收敛到所设计的滑模面上,并对未估计干扰进行精细化补偿。最后利用Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。实验结果表明:该控制策略保证了光电跟踪系统视轴对运动目标的跟踪精度,在0.05 Hz时误差小于0.002,在2 Hz时误差小于0.034,增强了系统的鲁棒性。     

一种基于H∞滤波的模糊变 结构交互多模型算法

为提高对机动目标的跟踪效果,本文提出了一种基于H_∞滤波的模糊变结构交互多模型算法.该算法采用H_∞滤波器作为模型条件滤波器,通过调节其参数来增强对外界干扰的鲁棒性,提高滤波性能和精确度.同时把交互多模型(IMM)算法的模型概率作为模糊推理系统的输入,利用模糊逻辑推理优化模型概率,实时改变模型数目和参数,减少模型之间竞争,实现变结构功能.实验仿真结果表明,本文提出的算法比标准IMM算法具有更高的跟踪精确度.