机载光电稳瞄吊舱视轴扰动抑制方法研究
发布时间：2020-12-08 17:12
机载光电稳瞄吊舱作为一种集成了光学、自动控制、精密机械、图像的采集与处理等先进技术的装备,被大量应用于军事和民用领域,用来进行目标的探测、侦察、瞄准与跟踪等。吊舱在工作中过程中受到的来自载机和吊舱内部的各种扰动会对吊舱视轴的稳定造成影响,这会严重影响到所搭载的光电探测设备的工作效果。因此探索和研究如何提高吊舱视轴的扰动抑制能力具有十分重要的意义。本文以提高两轴两框架光电稳瞄吊舱的动态响应特性和扰动抑制能力为目标,进行了一系列的研究工作,包括:1)机载光电稳瞄吊舱系统分析:包括吊舱隔离载体角运动原理分析、吊舱系统的组成、工作模式以及不同工作模式下的伺服控制系统构成以及工作原理分析,还有对影响吊舱视轴稳定性的各种主要扰动因素进行了分析。对吊舱速度环控制回路进行机理建模。对吊舱进行了扫频实验,将采集得到的扫频实验数据通过系统辨识的方法建立了吊舱方位框架的近似传递函数。2)将线性自抗扰控制应用于光电稳瞄吊舱速度环伺服控制,并进行了基于吊舱模型的线性自抗扰控制器改进与优化研究。改进与优化包括:首先推导出模型辅助的降阶线性扩张状态观测器的表达式并用来代替线性扩张状态观测器,并给出其收敛性分析;其次...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型飞机及悬挂的光电稳瞄吊舱
2另外，机载光电稳瞄吊舱除了军用方面外在民用方面也得到了广泛应用，如装配在直升飞机、固定翼无人机和多旋翼无人机上，用于近地高空摄影摄像、巡逻与安防、电力设备故障检测、通信设备故障检测等多个民用领域[4-6]。图1.2为装配有吊舱的用于巡查线路的无人机。图1.2装配有吊舱的用于巡查线路的无人机吊舱视轴稳定性是光电稳瞄吊舱在工作过程中最需要考虑的，视轴的稳定性越高，光电探测设备的工作质量就越高，视轴的高稳定性也是光电稳瞄吊舱所要达到的最终目的。由于光电探测设备受到来自吊舱自身以及飞机载体等外部因素的干扰，造成其不能稳定地指向目标，降低光电探测设备的工作质量。影响视轴稳定的某些内部干扰例如由机械结构和框架重心引起的可以通过科学布局和提高机械加工工艺来进一步改善，内部摩擦等引起的干扰可以通过采用更精密的元器件和其他方法与工艺来减小，抑制外部扰动可以通过设计更加符合空气动力学的吊舱形状来减轻消除，但这些方法远不能够完全抑制扰动。除此之外主要可以通过为光电稳瞄吊舱控制系统设计更加适合和有效的控制器或控制方法[7-10]，使机载光电稳瞄吊舱具有更好的稳定性和扰动抑制能力，因此本文课题的研究具有一定的实际意义。1.2机载光电稳瞄吊舱视轴扰动抑制方法国内外研究现状光电稳瞄吊舱最开始雏形为光电稳瞄系统。对于这类装置的研究，国外西方国家最先开始着手进行，起步较早，有着相对较长的发展历史和较为先进的技术，装备先进，而且种类和功能比较丰富。早在20世纪40年代末，为了避免由于坦克振动而造成射击脱靶的问题，在坦克上装备了光电稳瞄系统[11]。光电稳瞄系统可被搭载于地基、坦克、舰船、卫星、飞机等各种载体上，搭载在飞机上的光电稳瞄设备称为机载光电稳瞄吊舱。?
7第2章机载光电稳瞄吊舱系统分析及模型建立机载光电稳瞄吊舱的方位框架旋转和俯仰框架的俯仰动作都是靠伺服控制系统来驱动的，因此伺服控制系统在机载光电稳瞄吊舱整体系统中占有举足轻重的地位。能够最大程度详细的了解吊舱的系统特别是伺服控制系统的特性，能够最科学和完整的得到吊舱数学模型，就可以寻找更加科学合理的控制器或控制方法，进而提高吊舱动静态性能。机载的光电稳瞄吊舱一般装配于飞机的前端或下部，飞机载体飞行时因空气气流引起的振动以及空气气流本身，还有其他因素都会对吊舱产生扰动。这些客观因素势必会影响吊舱在工作时的效果，因此对影响机载光电稳瞄吊舱视轴稳定的扰动因素进行分析与研究具有很重要的意义。在掌握了机载光电稳瞄吊舱的模型信息、工作原理和扰动影响因素的情况下，能更好的进行控制器或者控制系统设计。2.1机载光电稳瞄吊舱种类以及吊舱隔离载体角运动原理分析2.1.1机载光电稳瞄吊舱种类机载光电稳瞄吊舱按结构类型划分的话可分为多种类型，例如有半球形转塔结构，还有其它如雪茄形、楔形等结构形式。其中半球形转塔结构吊舱根据其框架个数和轴系的数量可将吊舱分为两轴两框架、两轴四框架和三轴三框架或者其它形式的吊舱，其中两框架和四框架的吊舱应用的居多，作为研究对象的也最多。图2.1为两轴两框架和两轴四框架的光电稳瞄吊舱结构示意图。（a）（b）图2.1两轴两框架、两轴四框架光电稳瞄吊舱结构示意图（a）两轴两框架光电稳瞄吊舱结构示意图；（b）两轴四框架光电稳瞄吊舱结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速反射镜在像移补偿中的应用[J]. 王正玺,张葆,李贤涛,张士涛. 中国光学. 2020(01)
[2]A linear ADRC-based robust high-dynamic double-loop servo system for aircraft electro-mechanical actuators[J]. Chunqiang LIU,Guangzhao LUO,Zhe CHEN,Wencong TU,Cai QIU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(09)
[3]航空光电稳定平台摩擦力的自适应补偿[J]. 马丙华,张葆,李贤涛,王正玺,张士涛. 科学技术与工程. 2018(12)
[4]机载光电吊舱在电力巡线中的应用研究[J]. 王景致,刘刚,袁嘉彬. 新技术新工艺. 2018(04)
[5]机载光电载荷装备发展与关键技术[J]. 吉书鹏. 航空兵器. 2017(06)
[6]光电稳定平台神经网络自抗扰控制方法[J]. 朱启轩,张红刚,高军科. 电光与控制. 2018(03)
[7]机载光电侦察吊舱综合信息处理技术发展与分析[J]. 李伦平,刘达. 光学与光电技术. 2017(06)
[8]航空光电稳定平台质量不平衡力矩的前馈补偿[J]. 申帅,张葆,李贤涛,张士涛. 光学精密工程. 2017(05)
[9]光电跟踪自抗扰控制技术研究[J]. 王婉婷,郭劲,姜振华,王挺峰. 红外与激光工程. 2017(02)
[10]舰载自稳定光电平台控制系统研究[J]. 赵鸿宇,扈宏杰. 电光与控制. 2017(06)
博士论文
[1]运动平台预测跟踪技术研究[D]. 邓超.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]高精稳瞄陀螺吊舱扰动信号滤波与抑制方法研究[D]. 辛瑞昊.长春理工大学 2018
[3]基于快速反射镜的高精度视轴稳定技术研究[D]. 汪永阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]高精度机载光电平台视轴稳定技术研究[D]. 魏伟.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[5]机载光电平台扰动力矩抑制与改善研究[D]. 孔德杰.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[6]光电平台中的LQ控制方法研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[7]基于粒子滤波的图像跟踪算法研究[D]. 张波.上海交通大学 2007
[8]机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D]. 王连明.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]两轴四框架结构机载光电平台扰动抑制研究[D]. 丛敬文.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]机载光电稳瞄平台鲁棒控制方法研究[D]. 孙靖.长春理工大学 2019
[3]吊舱视轴稳定控制系统应用基础研究[D]. 焦亮.西安电子科技大学 2014
[4]观瞄仪稳定平台控制系统研究[D]. 杨景照.国防科学技术大学 2009
本文编号：2905393
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型飞机及悬挂的光电稳瞄吊舱
2另外，机载光电稳瞄吊舱除了军用方面外在民用方面也得到了广泛应用，如装配在直升飞机、固定翼无人机和多旋翼无人机上，用于近地高空摄影摄像、巡逻与安防、电力设备故障检测、通信设备故障检测等多个民用领域[4-6]。图1.2为装配有吊舱的用于巡查线路的无人机。图1.2装配有吊舱的用于巡查线路的无人机吊舱视轴稳定性是光电稳瞄吊舱在工作过程中最需要考虑的，视轴的稳定性越高，光电探测设备的工作质量就越高，视轴的高稳定性也是光电稳瞄吊舱所要达到的最终目的。由于光电探测设备受到来自吊舱自身以及飞机载体等外部因素的干扰，造成其不能稳定地指向目标，降低光电探测设备的工作质量。影响视轴稳定的某些内部干扰例如由机械结构和框架重心引起的可以通过科学布局和提高机械加工工艺来进一步改善，内部摩擦等引起的干扰可以通过采用更精密的元器件和其他方法与工艺来减小，抑制外部扰动可以通过设计更加符合空气动力学的吊舱形状来减轻消除，但这些方法远不能够完全抑制扰动。除此之外主要可以通过为光电稳瞄吊舱控制系统设计更加适合和有效的控制器或控制方法[7-10]，使机载光电稳瞄吊舱具有更好的稳定性和扰动抑制能力，因此本文课题的研究具有一定的实际意义。1.2机载光电稳瞄吊舱视轴扰动抑制方法国内外研究现状光电稳瞄吊舱最开始雏形为光电稳瞄系统。对于这类装置的研究，国外西方国家最先开始着手进行，起步较早，有着相对较长的发展历史和较为先进的技术，装备先进，而且种类和功能比较丰富。早在20世纪40年代末，为了避免由于坦克振动而造成射击脱靶的问题，在坦克上装备了光电稳瞄系统[11]。光电稳瞄系统可被搭载于地基、坦克、舰船、卫星、飞机等各种载体上，搭载在飞机上的光电稳瞄设备称为机载光电稳瞄吊舱。?
7第2章机载光电稳瞄吊舱系统分析及模型建立机载光电稳瞄吊舱的方位框架旋转和俯仰框架的俯仰动作都是靠伺服控制系统来驱动的，因此伺服控制系统在机载光电稳瞄吊舱整体系统中占有举足轻重的地位。能够最大程度详细的了解吊舱的系统特别是伺服控制系统的特性，能够最科学和完整的得到吊舱数学模型，就可以寻找更加科学合理的控制器或控制方法，进而提高吊舱动静态性能。机载的光电稳瞄吊舱一般装配于飞机的前端或下部，飞机载体飞行时因空气气流引起的振动以及空气气流本身，还有其他因素都会对吊舱产生扰动。这些客观因素势必会影响吊舱在工作时的效果，因此对影响机载光电稳瞄吊舱视轴稳定的扰动因素进行分析与研究具有很重要的意义。在掌握了机载光电稳瞄吊舱的模型信息、工作原理和扰动影响因素的情况下，能更好的进行控制器或者控制系统设计。2.1机载光电稳瞄吊舱种类以及吊舱隔离载体角运动原理分析2.1.1机载光电稳瞄吊舱种类机载光电稳瞄吊舱按结构类型划分的话可分为多种类型，例如有半球形转塔结构，还有其它如雪茄形、楔形等结构形式。其中半球形转塔结构吊舱根据其框架个数和轴系的数量可将吊舱分为两轴两框架、两轴四框架和三轴三框架或者其它形式的吊舱，其中两框架和四框架的吊舱应用的居多，作为研究对象的也最多。图2.1为两轴两框架和两轴四框架的光电稳瞄吊舱结构示意图。（a）（b）图2.1两轴两框架、两轴四框架光电稳瞄吊舱结构示意图（a）两轴两框架光电稳瞄吊舱结构示意图；（b）两轴四框架光电稳瞄吊舱结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]快速反射镜在像移补偿中的应用[J]. 王正玺,张葆,李贤涛,张士涛. 中国光学. 2020(01)
[2]A linear ADRC-based robust high-dynamic double-loop servo system for aircraft electro-mechanical actuators[J]. Chunqiang LIU,Guangzhao LUO,Zhe CHEN,Wencong TU,Cai QIU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(09)
[3]航空光电稳定平台摩擦力的自适应补偿[J]. 马丙华,张葆,李贤涛,王正玺,张士涛. 科学技术与工程. 2018(12)
[4]机载光电吊舱在电力巡线中的应用研究[J]. 王景致,刘刚,袁嘉彬. 新技术新工艺. 2018(04)
[5]机载光电载荷装备发展与关键技术[J]. 吉书鹏. 航空兵器. 2017(06)
[6]光电稳定平台神经网络自抗扰控制方法[J]. 朱启轩,张红刚,高军科. 电光与控制. 2018(03)
[7]机载光电侦察吊舱综合信息处理技术发展与分析[J]. 李伦平,刘达. 光学与光电技术. 2017(06)
[8]航空光电稳定平台质量不平衡力矩的前馈补偿[J]. 申帅,张葆,李贤涛,张士涛. 光学精密工程. 2017(05)
[9]光电跟踪自抗扰控制技术研究[J]. 王婉婷,郭劲,姜振华,王挺峰. 红外与激光工程. 2017(02)
[10]舰载自稳定光电平台控制系统研究[J]. 赵鸿宇,扈宏杰. 电光与控制. 2017(06)
博士论文
[1]运动平台预测跟踪技术研究[D]. 邓超.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018
[2]高精稳瞄陀螺吊舱扰动信号滤波与抑制方法研究[D]. 辛瑞昊.长春理工大学 2018
[3]基于快速反射镜的高精度视轴稳定技术研究[D]. 汪永阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]高精度机载光电平台视轴稳定技术研究[D]. 魏伟.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[5]机载光电平台扰动力矩抑制与改善研究[D]. 孔德杰.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[6]光电平台中的LQ控制方法研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[7]基于粒子滤波的图像跟踪算法研究[D]. 张波.上海交通大学 2007
[8]机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D]. 王连明.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]两轴四框架结构机载光电平台扰动抑制研究[D]. 丛敬文.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]机载光电稳瞄平台鲁棒控制方法研究[D]. 孙靖.长春理工大学 2019
[3]吊舱视轴稳定控制系统应用基础研究[D]. 焦亮.西安电子科技大学 2014
[4]观瞄仪稳定平台控制系统研究[D]. 杨景照.国防科学技术大学 2009
本文编号：2905393
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