1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130000
2 中国科学院大学, 北京 100000
3 中国科学院空间光学系统在轨制造与集成重点实验室, 长春 130000
针对光电跟踪转台的高精度跟踪问题, 设计了一种反步滑模控制系统和算法,该算法在反步控制的基础上引入滑模控制, 提高了控制器的鲁棒性。通过仿真分析可知, 该算法相较于反步控制算法和PID控制算法性能得到了提升, 其中, 阶跃跟踪响应速度提高21%以上, 正弦跟踪稳态精度和随机干扰下的稳态精度均提高两个数量级, 脉冲干扰稳定时间减少0.7 s以上,很好地保证了光电跟踪转台的跟踪精度。
光电跟踪转台 反步滑模控制 跟踪精度 photoelectric tracking turntable backstepping sliding mode control tracking accuracy
光学 精密工程
2021, 29(12): 2797
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对大功率永磁同步电机驱动的光电跟踪转台, 提出了一种基于特征系统实现算法的控制模型辨识方法。首先, 根据永磁同步电机的矢量控制原理, 对白噪声测试系统进行了系统配置; 其次, 采用功率谱密度函数的分析方法对系统的输入和输出数据序列进行了分析, 得到了系统的频率响应函数; 最后, 通过特征系统实现算法对系统的马尔可夫参数进行了辨识, 获得了光电跟踪转台的控制模型。实验结果表明: 采用特征系统实现算法可以精确地辨识出光电跟踪转台的控制模型, 该控制模型能够较好地反映系统的动态特性, 为控制器算法的设计提供了理论依据, 具有较好的实用性。
光电跟踪转台 永磁同步电机 模型辨识 特征系统实现算法 马尔可夫参数 opto-electronic tracking turntable PMSM model identification ERA Markov parameters 红外与激光工程
2016, 45(6): 0617007
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为抑制测角系统周期性测量误差对光电跟踪系统速度平稳性和成像效果的影响，采用光纤陀螺系统建立误差模型和误差补偿器，对系统进行误差补偿控制。首先，对测角系统测量结果中含有周期性误差的机理进行分析，建立了周期性测角误差的数学模型；其次，采用高精度光纤陀螺建立了一套基于傅里叶理论的角度测量误差模型采集系统，并通过七个步骤提取了测角误差模型的具体表达式；然后，根据提取的测角误差表达式，分四个步骤对系统周期性误差进行补偿控制。最后，通过跟踪成像实验来验证控制补偿的有效性。实验结果表明，跟踪速度误差的最大值降低到0.04 (°)/s，比未补偿控制时降低了8倍左右，满足光学成像系统速度误差小于0.1 (°)/s的要求，条纹成像效果得到了明显改善。
光纤陀螺 测角周期误差 跟踪转台 傅里叶理论 fiber gyro angular periodic error tracking gimbals Fourier series
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
提出了基于坐标变换的目标跟踪转台初始标定方法, 用于提高车载光电跟踪系统的跟踪精度。首先, 运用坐标变换理论, 建立了转台精标定的数学模型, 求解了转台标定的变换矩阵; 然后, 根据转台标定的实际需要, 通过合理地分析和近似, 推导了一种转台的粗标定方案; 最后, 将粗标定与精标定方法相结合对跟踪转台进行初始标定实验。实验结果表明, 该标定方法提高了初始标定的效率,对大于等于10 km的远距离目标, 精标定之后的转台跟踪误差小于0.1°, 完全满足车载光电跟踪系统的精度要求。该标定方法已在一批车载光电跟踪系统中得到了成功应用。
车载光电跟踪系统 初始标定 跟踪转台 坐标变换 vehicle-borne opto-electronic tracking system initial calibration tracking turntable coordinate transformation
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
研制了空间光电跟踪系统的输出力矩(角动量)和动量自补偿的平衡轮,用于降低光电跟踪系统运动对卫星平台姿态的影响。根据光电跟踪系统对目标捕获和跟踪成像的指标要求, 针对其频繁启动、速度和加速度变化范围大、速度频繁过零等区别于卫星姿态控制用平衡轮的特点, 基于角动量平衡原理设计了一种平衡轮。通过有限元法完成了平衡轮的模态分析和结构优化, 建立了包含平衡轮的光电跟踪系统的机电动力学数学模型, 利用Matlab/Simulink对光电跟踪系统的方位轴系进行了模型的仿真计算。为验证其可行性, 研制了一套平衡轮原理样机, 提出了基于单轴气浮平台的平衡轮性能测试方法, 并完成了模拟方位轴系的残余角动量检测。仿真和试验结果显示, 平衡轮的使用将光电跟踪系统对平台的残余角动量输出减小了96%, 表明所设计的平衡轮结构和控制系统合理可行, 能够满足空间应用的需求。
卫星姿态 光电跟踪转台 动量平衡 平衡轮 气浮台 satellite attitude optoelectronic tracking gimbal momentum balance balance wheel air bearing table
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
针对登月过程严酷的力学条件、月球表面复杂的环境特征以及严格的重量要求，设计了一种可适用于月基观测的跟踪转台.该转台主要由水平轴系及驱动机构和竖直轴系及驱动机构组成，采用霍耳元件作为位置检测元件，其综合指向准确度≤0.1°.基于有限元分析方法确定转台结构方案、优化主要支撑件结构及合理选材，并对驱动机构与轴系对转台刚度、温度适应性和指向准确度的影响做了深入分析与计算.同时进行了整机的力学模拟试验和运动机构的高低温试验，一阶谐振频率为49 Hz，在－40 ℃ ～+80 ℃温度范围内工作正常.结果表明转台各项性能指标满足工程任务要求, 具有结构紧凑、可靠性高、重量轻的特点.
跟踪转台 月基 对地观测 Tracking turntable Lunar-based Earth observation
军械工程学院 光学与电子工程系,石家庄 050003
针对某型精密光电跟踪系统的工作特点,设计了光电跟踪转台的机械结构,在建立其三维模型的基础上,利用有限元分析软件ANSYS 对主要承受载荷的转台框架结构进行了静态特性和动态特性分析。静力分析结果表明,该转台框架满足强度和刚度的要求,能保证转台的精度;同时,其模态分析表明,该转台具有很好的动态特性,不会发生共振。分析结果验证了光电跟踪转台机械结构设计的合理性,也为光电跟踪转台的优化设计提供了重要依据。
光电跟踪 有限元分析 结构分析 光电跟踪转台 opto-electronic tracking finite element analysis structure analysis opto-electronic tracking turntable
1 东南大学,自动化研究所,江苏,南京,210096
2 江苏大学,电气学院,江苏,镇江,212013
以某型号电视制导导引头为背景,针对载体上光电跟踪系统的特点,设计研制了一种新型四轴精密光电跟踪转台.在介绍转台主要性能指标的基础上,从系统机械谐振、结构建模、元部件选型计算方面进行了详细分析和设计,给出了基于高速DSP控制器和数字滤波的复合闭环伺服控制策略和实现方案.实验测试结果达到预先制定的设计指标和精度要求,表明了系统设计方案的实用性和有效性.所设计转台能够在实验室条件下模拟弹、箭制导导引头和机载光电成像跟踪系统等的动力学特性和各种运动姿态,为实际系统的研制和改进提供重要参考依据和实验数据.
光电跟踪转台 机械谐振 闭环伺服控制 数字信号处理器 数字滤波
