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。

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。

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。

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。

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.