自抗扰控制在航空侦察相机位角速度控制系统中的应用
发布时间：2021-11-14 14:01
最近几十年来,航空成像与测量技术逐渐发展起来,作为一项新兴的技术,航空成像与测量技术包含了多个学科领域,它利用航空机载光学系统和光电耦合器件来侦察和测量地面的景物信息,主要应用于战前对敌方地面目标区域进行侦察以及战后对我方的军事打击进行评估,是获取军事情报的重要手段之一,对我国的军事及国防领域的发展具有十分重要的意义。航空侦察相机具有机动灵活、时效性高、目的性强等优点,成为了主要的航空成像手段之一。航空侦察相机在工作时由于飞行器的运动,导致视轴与目标点产生相对运动,产生前向像移。这就需要对视轴进行补偿。另外,航空侦察相机在工作时的环境复杂多变,飞行器飞行时姿态的变化以及发动机本身的振动都会给系统带来巨大的、难以预测的外部扰动,导致相机视轴的抖动,致使拍摄图片的分辨率下降。另外航空侦察相机电机在运行时本身也存在死区、饱和以及摩擦力不均匀等非线性问题,难以获得被控对象的精确模型。传统的PID控制方法无法估计系统的外部扰动,对于系统参数变化所带来的内部扰动也无法处理,控制效果不理想。本文以某型号长焦距全景式线阵TDI-CCD航空侦察相机为研究对象,针对位角速度控制系统进行控制,对视轴进行补偿...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?２位角控制系统结构框图??
?第２章系统模型分析与辨识???反射镜以一定角速度转动。??给定速度＋．?位角?ＰＷＭ?功率?直流力矩位角反射镜速度??￣＾控制器?＊产生?？放大?＂电机?｜?＂????传感器?＾?Ｉ??（Ｋ缧仪）??图２．?２位角控制系统结构框图??２．?１．２位角速度控制系统性能要求??航空侦察相机的成像过程主要分为定位状态、升速状态和稳速状态三个状??态。处于定位状态时，航空侦察相机处于待命状态下，航空侦察相机不对目标??进行成像，位角反射镜在初始位置保持静止；升速状态时，航空侦察相机收到??成像指令，航空侦察相机开始进行成像前的准备工作，位角反射镜由静止开始??做加速转动，逐渐达到成像所需的补偿速度；稳速状态时，位角反射镜保持匀??速转动，对由于飞行器前向位移所产生的前向像移进行补偿，并且为了较少图??像扭曲和拖动，要求满足在一个采样时间内，补偿后的前向像移的移动量需要??小于０．５个ＣＣＤ像元的尺寸；之后再次进入定位状态，位角反射镜回到初始位??置。这就对航空侦察相机位角速度控制系统的响应时间和控制精度产生了一定??的要求。??１．位角速度控制系统的响应时间要求。??航空侦察相机位角控制系统的时序图如图２．?３所示。??ｒｍｒｎ记位状态?Ｆ３Ｘ１?ｒ｜．速状态?ｔＴｗｌ稳速状态??？周拍照幵始仿巧??Ｉ?１Ｉ???ＬＴ＾ＴＪ?Ｕ—｜?ｒＵ＾??位角状态丨｜???Ｉ?Ｉ???ｉｉｉｍｉｉｉｉｉｉ＾＾?八：Ｉ?ｉｍｉｉｉｎｎｉ＾Ｎ?＇??—？ｉ???１１０ｍｓ?４００ｍｓ??图２．?３位角控制系统时序图??当一周拍照开始信号处于高电平信号时，航空
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【参考文献】：
期刊论文
[1]自抗扰控制技术研究及应用[J]. 段永杰,王江磊,陈仁涛. 决策探索(中). 2018(07)
[2]航空发动机叶片振动特性试验研究[J]. 杨文鑫,蔡增杰,陆锦斌,王彦芳. 装备环境工程. 2018(02)
[3]基于广义预测控制和扩展状态观测器的永磁同步电机控制[J]. 刘旭东,李珂,孙静,符晓玲,张承慧. 控制理论与应用. 2015(12)
[4]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强. 控制理论与应用. 2013(12)
[5]国外航空侦察相机的发展情况[J]. 李波,孙崇尚,田大鹏,王昱棠,黄厚田. 现代科学仪器. 2013(02)
[6]神经网络预测控制的航空相机前向像移补偿方法研究[J]. 仲崇亮,丁亚林,付金宝. 兵工学报. 2012(06)
[7]航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿[J]. 黄浦,修吉宏,李军,陈黎,杨秀丽. 光学精密工程. 2012(04)
[8]半模机翼振动的风洞实验技术研究[J]. 解亚军,叶正寅,高永卫. 航空工程进展. 2012(01)
[9]自抗扰控制纵横谈[J]. 黄一,薛文超,赵春哲. 系统科学与数学. 2011(09)
[10]国外传输型航空相机的发展现状与展望[J]. 许永森,田海英,惠守文,董斌,丁亚林. 光机电信息. 2010(12)
博士论文
[1]基于干扰观测器的航空相机俯角控制系统的研究[D]. 李昕阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]长焦距斜视航空相机图像拖影与扭曲补偿技术研究[D]. 刘志明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]干扰观测器和先进控制在航空相机位角系统中的应用研究[D]. 付金宝.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[4]状态观测器在航空相机俯角控制系统中的应用研究[D]. 张雪菲.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]某航空相机稳定平台特性分析与控制研究[D]. 孙洪宇.吉林大学 2018
[2]快速反射镜结构分析及控制器设计[D]. 田智炜.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) 2018
[3]基于机载光电测量系统的目标定位精度研究[D]. 赵滨.南京航空航天大学 2012
[4]机载光电测量系统引导及定位技术研究[D]. 王姝.长春理工大学 2009
[5]航空相机扫描反射镜系统研究与设计[D]. 付芸.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：3494769
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?２位角控制系统结构框图??
?第２章系统模型分析与辨识???反射镜以一定角速度转动。??给定速度＋．?位角?ＰＷＭ?功率?直流力矩位角反射镜速度??￣＾控制器?＊产生?？放大?＂电机?｜?＂????传感器?＾?Ｉ??（Ｋ缧仪）??图２．?２位角控制系统结构框图??２．?１．２位角速度控制系统性能要求??航空侦察相机的成像过程主要分为定位状态、升速状态和稳速状态三个状??态。处于定位状态时，航空侦察相机处于待命状态下，航空侦察相机不对目标??进行成像，位角反射镜在初始位置保持静止；升速状态时，航空侦察相机收到??成像指令，航空侦察相机开始进行成像前的准备工作，位角反射镜由静止开始??做加速转动，逐渐达到成像所需的补偿速度；稳速状态时，位角反射镜保持匀??速转动，对由于飞行器前向位移所产生的前向像移进行补偿，并且为了较少图??像扭曲和拖动，要求满足在一个采样时间内，补偿后的前向像移的移动量需要??小于０．５个ＣＣＤ像元的尺寸；之后再次进入定位状态，位角反射镜回到初始位??置。这就对航空侦察相机位角速度控制系统的响应时间和控制精度产生了一定??的要求。??１．位角速度控制系统的响应时间要求。??航空侦察相机位角控制系统的时序图如图２．?３所示。??ｒｍｒｎ记位状态?Ｆ３Ｘ１?ｒ｜．速状态?ｔＴｗｌ稳速状态??？周拍照幵始仿巧??Ｉ?１Ｉ???ＬＴ＾ＴＪ?Ｕ—｜?ｒＵ＾??位角状态丨｜???Ｉ?Ｉ???ｉｉｉｍｉｉｉｉｉｉ＾＾?八：Ｉ?ｉｍｉｉｉｎｎｉ＾Ｎ?＇??—？ｉ???１１０ｍｓ?４００ｍｓ??图２．?３位角控制系统时序图??当一周拍照开始信号处于高电平信号时，航空
?第２章系统模型分析与辨识???■４０?＇?＜?＜?＇?ｉｔ；?ＩＩ?■?｜?｜?１?．?Ｉ??＼??？５５?－?－??ｒ?＼?－??－＊?－６５?－?Ｎｖ?－??－７０?Ｎ．??Ｖ??－７５??〃?＼??．８５?＊?ｉｉ．ｉｉｉ．ｔｉ?ｉ?Ｉ?１?．?Ｉ?Ｉ?ｔ?１?Ｉ?Ｉ?｜?｜?Ｉ?｜?＼?，?ｉ?（，??１０＇＇?１０°?１〇＇?１０２?１０ｓ??ｗ（ｒａｄ／ｓ）??图２．?４航空侦察相机位角控制系统幅频特性曲线??从图２．４中我们可以看出，航空侦察相机位角速度控制系统的两个极点分??别为２７０和６，于是，我们得到航空侦察相机位角控制系统的传递函数如公式??（２．?１４）所示：??Ｑ（ｓ）?＿?９?＿?９??＾（ｓ）?￣（ｓ?＋?２７０）？?（ｓ?＋?６）?＿?ｓ２?＋?２７６ｓ?＋１６２０?（?２．?１４）??其中Ｑ所表示的是航空侦察相机位角反射镜的旋转角速度，单位为：°?／Ｓ；?Ｕ??所表示的是直流力矩电机的输入电压，单位为：Ｖ。??进一步地，我们通过公式（２．４）可以得到航空侦察相机位角速度控制系统??的状态方程如公式（２．?１５）所示：??Ｘｊ?０?１?Ｘｊ?０??ｘ２?￣?－１６２０?－２７６?Ｘ，?９??「ｎ?（２．?１５）??？＝［１?０］?Ｘｌ??ＬＸ２＿??公式（２．１５）中的ＸｊＫ表示的状态是航空侦察相机位角反射镜转动的角速度；??ｘ２所表示的状态是航空侦察相机位角反射镜转动的角加速度。??２．?４本章小结??本章首先对航空侦察相机进行了简单介绍，包括的位角系统和俯角系统两??大部分，俯角控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]自抗扰控制技术研究及应用[J]. 段永杰,王江磊,陈仁涛. 决策探索(中). 2018(07)
[2]航空发动机叶片振动特性试验研究[J]. 杨文鑫,蔡增杰,陆锦斌,王彦芳. 装备环境工程. 2018(02)
[3]基于广义预测控制和扩展状态观测器的永磁同步电机控制[J]. 刘旭东,李珂,孙静,符晓玲,张承慧. 控制理论与应用. 2015(12)
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[6]神经网络预测控制的航空相机前向像移补偿方法研究[J]. 仲崇亮,丁亚林,付金宝. 兵工学报. 2012(06)
[7]航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿[J]. 黄浦,修吉宏,李军,陈黎,杨秀丽. 光学精密工程. 2012(04)
[8]半模机翼振动的风洞实验技术研究[J]. 解亚军,叶正寅,高永卫. 航空工程进展. 2012(01)
[9]自抗扰控制纵横谈[J]. 黄一,薛文超,赵春哲. 系统科学与数学. 2011(09)
[10]国外传输型航空相机的发展现状与展望[J]. 许永森,田海英,惠守文,董斌,丁亚林. 光机电信息. 2010(12)
博士论文
[1]基于干扰观测器的航空相机俯角控制系统的研究[D]. 李昕阳.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]长焦距斜视航空相机图像拖影与扭曲补偿技术研究[D]. 刘志明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]干扰观测器和先进控制在航空相机位角系统中的应用研究[D]. 付金宝.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[4]状态观测器在航空相机俯角控制系统中的应用研究[D]. 张雪菲.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]某航空相机稳定平台特性分析与控制研究[D]. 孙洪宇.吉林大学 2018
[2]快速反射镜结构分析及控制器设计[D]. 田智炜.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) 2018
[3]基于机载光电测量系统的目标定位精度研究[D]. 赵滨.南京航空航天大学 2012
[4]机载光电测量系统引导及定位技术研究[D]. 王姝.长春理工大学 2009
[5]航空相机扫描反射镜系统研究与设计[D]. 付芸.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：3494769
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