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原文传递海洋浮标光学稳定系统控制规律的研究

论文题名：	海洋浮标光学稳定系统控制规律的研究
关键词：	海洋浮标;监控装置;光学稳定系统;伺服控制
摘要：	光电稳定系统是一种集合以机电一体化、目标监测识别、自动控制等技术为主要研究内容,涉及众多学科与技术的复杂系统。近些年来,伴随着电子信息技术的高速发展,光学稳定系统技术取得了巨大进展并且正在越来越广泛地应用在军用以及民用领域。在军事领域中,它主要应用于导弹制导、卫星遥控、车载、机载与舰载等武器装备;在民用方面,它主要应用在远程环境监控、防火救灾等领域。　　海洋浮标监控装置主要完成对海上可疑目标的监听取证的工作。为了保证在海洋浮标上光电跟踪装置的视轴稳定以及完成对可疑目标的实时跟踪,本文以三轴光学稳定系统为研究对象,针对其中涉及到的系统建模与分析、伺服系统控制以及运动目标运动状态的滤波与预测等方面进行深入研究。　　本文就浮标光学稳定系统研究工作具体如下: 　　首先,本文提出了整个光学稳定系统的总体设计方案,根据各个框架的机构特点提出浮标稳定平台的机械结构,同时将稳定跟踪系统设计成三种工作模式并且对三轴稳定系统的运动机理进行分析进而完成稳定方程的建立。　　第二,本文在系统组成的基础上着力分析了稳定系统的各个环节,并且建立了相应的数学模型,提出了稳定系统的总体结构,包括:力矩电机、PWM、速率陀螺、图像跟踪环节以及摩擦力矩,提出速度环与位置环的概念;在明确控制系统结构的基础上建立了整个光学稳定系统的数学模型,从系统结构角度对整套系统在不同工作模式下的误差来源进行了详细分析,并且研究了转动惯量之间的耦合问题以及转动惯量与各个框架之间的转角关系。　　接下来,本文还对光学稳定系统在自稳定工作模式下的控制规律进行了研究。从力矩刚度和隔离度的角度分析整个控制系统应该具备的特性,并依据超前滞后以及模糊控制的设计原则分别设计出超前滞后校正器和新型多模控制器,然后从动态响应特性、隔离效果、抗干扰性等这几个方面进行仿真研究发现新型多模控制器在这四方面表现效果更好。通过仿真可知,非线性干扰力矩对稳定系统的动态特性造成很大影响。本文还提出一种新型积分滑模变结构控制器来抑制非线性力矩,取得了良好的抑制效果。　　最后,本文指出系跟踪系统在对可疑目标进行实时跟踪时会带来的时间的相对滞后,并提出了跟踪系统的信号采样的准则以及对滞后元器件的一般要求;以匀加速运动为可疑目标的运动模型对两种不基于模型的滤波方法以及Kalman滤波进行了目标运动状态的预测仿真,结果表明Kalman滤波预测精度更高;在跟踪目标的“当前”统计模型的基础之上,提出用自适应Kalman法对光电探测器检测出来的跟踪目标进行运动状态的预测,从仿真曲线可看出这种方法不仅能克服随机噪声的影响,还能够取得满意的预测精度,同时能够克服运动状态的突变,具有强鲁棒性,能够更好地预测可疑目标的运动轨迹,进而完成跟踪任务。
作者：	马俊达
专业：	控制理论与控制工程
导师：	夏桂华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文