【摘 要】
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随着激光通信和目标跟踪等领域的快速发展,光电跟踪设备的应用越来越广泛,机动性较高的车载光电设备成为研究的热点。跟踪转台作为车载光电跟踪系统的核心部分,要克服车体振动、风阻等扰动的影响实现对目标的高精度稳定跟踪,对伺服控制系统的性能提出了更高要求,高精度的控制需要先进的伺服控制策略和精确的传递函数模型。本文以车载激光通信为背景,从系统辨识技术和伺服控制技术两个方面对车载光电跟瞄转台伺服控制系统进行设
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随着激光通信和目标跟踪等领域的快速发展,光电跟踪设备的应用越来越广泛,机动性较高的车载光电设备成为研究的热点。跟踪转台作为车载光电跟踪系统的核心部分,要克服车体振动、风阻等扰动的影响实现对目标的高精度稳定跟踪,对伺服控制系统的性能提出了更高要求,高精度的控制需要先进的伺服控制策略和精确的传递函数模型。本文以车载激光通信为背景,从系统辨识技术和伺服控制技术两个方面对车载光电跟瞄转台伺服控制系统进行设计和研究。根据跟瞄转台的技术指标设计合理的结构形式,介绍车载跟瞄系统的工作原理,对视轴稳定原理进行分析,阐述伺服控制系统的组成和原理,对跟瞄转台的主要部件进行了分析和选型,设计“ARM处理器+FPGA数据采集+H桥驱动”伺服控制器。针对系统传递函数辨识问题,通过改进变异因子和交叉概率设计自适应差分进化辨识方法,利用标准测试函数验证了该辨识算法对参数的求解速度和精度优于GA、PSO、DE算法。对转台的主要单元进行建模分析,并进行频率响应测试,辨识出跟瞄转台精确的传递函数模型。为提高车载跟瞄转台的抗干扰能力与跟踪精度,根据获得的控制系统传递函数模型,进行控制系统速度环和位置环设计,将陀螺测得角速度通过视轴稳定方程引入速度环输入端,设计基于可测扰动的速度前馈控制,同时,在位置环加入自抗扰控制技术中的扩张状态观测器（ESO）,利用ESO对扰动的估计值调节位置回路的输出,实现对转台未知扰动的补偿。仿真对比结果验证速度前馈和ESO对扰动抑制和补偿的有效性。在车载光电跟瞄系统上对控制算法进行实际测试,转台在摇摆台角速度10°/s,角加速度10°/s2的模拟载体扰动下,对速度为1°/s匀速运动的目标进行跟踪,稳定后动态跟踪精度小于57μrad。在距离1km的两光端机之间建立无线激光通信测试,相同扰动下,稳态跟踪精度小于85μrad,通信链路稳定,优于转台设计指标。
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