基于伺服控制的车载稳定平台控制系统.docx

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1、基于伺服控制的车载稳定平台控制系统摘要：由于稳像系统一般都只考虑隔离载体的角运动,因此稳像系统的设计主要采用光学和电子学结合的伺服控制方法。本文重点阐述了车辆电子综合系统中车长周视指挥镜的伺服控制设计。本文通过对车载稳定平台各部件的组成分析，得出影响稳像平台稳定的几个重要因素。并进展校正设计,通过实验验证了上述校正的可行性,完成了对车载稳定平台伺服控制的设计。关键词：稳定平台;角运动;伺服控制;位置控制中途分类号：TP9文献标识码：B0引言随着光电监视、跟踪、侦察系统使用要求的不断进步,对光学图像的稳定要求也日趋严格。图像不稳定的本质是瞄准系统的光轴与目的之间有相对运动,包括平移和角运动。图像

2、不稳定会使观察者产生疲惫感,继而轻易导致误判和漏判；对于目的自动识别与跟踪系统会导致动态跟踪误差增大,降低跟踪目的的才能。造成瞄准系统的光轴与目的之间的角运动有两种情况:一种是目的的运动，另一个原因是载体的运动。通常瞄准时目的间隔较远,因目的运动而造成的相对运动较少；然而理论上载体自身的运动是以1:l的比例传递给系统的瞄准线,其造成的相对角速度很大。两者相比，第一个因素可以忽略，所以，稳像系统一般都只考虑隔离载体角运动。如今使用的方法主要有光学的方法、光学和电子学结合的稳定平台主动补偿方法以及电子学稳像的方法。稳定图像的方式，大致可分为被动稳定和主动稳定。被动稳定的方法主要使用弹簧、阻尼系统，

3、可以有效衰减高频振动。主动稳定系统主要是应用车载技术进展闭环稳定控制，用于消除出低频运动和振动的影响。在相当程度上来讲，图像稳定技术就是要隔离外部对成像系统、瞄准系统、定位系统的扰动。最直接的方法是将其架设在减震装置上，如无角位移减震器，但是其缺点是减震器只能隔离载体的高频低幅振动，并且经过减振以后的窄带随机振动都在系统的固有频率附近，假设谐振烦率在系统带宽之内将使图像产生抖动,所以必须进步系统的刚度保证系统谐振频率远大于系统的带宽，观察系统中的低频振动会使图像随之颤抖，解决的方法是采用光学稳定或者电子学图像处理稳定的方法。1车载稳定平台控制系统组成稳定平台控制系统按照稳定轴的数目可以分为单轴

4、、双轴、和三轴稳定平台按照稳定的方式分为平台式稳定、反射镜稳定系统和有两者组成的两级稳定系统。一级稳定得到了广泛的应用,它是采用一个环架系统作为光电传感器的光学平台，在平台上放置车载来测量平台的运动,车载敏感姿态角的变化经过放大以后驱动环架的力矩电机，通过力矩电机驱动平台使光电传感器保持稳定。由于一级稳定两轴稳定平台固有的原理误差，它不可能完全隔离载体的扰动力矩，导致瞄准线围绕着光轴旋转，当旋转速度较大时会对像质造成严重影响。要完全隔离须采用三轴的车载稳定平台或者采用两轴四环的稳定平台，这两种方法在原理上可以完全隔离载体的扰动。两轴、三轴稳定技术在各国的机载侦察设备中得到了广泛的应用,在导弹导

5、引头中一般采用两轴稳定，如美国的幼畜战术导弹，也有为进一步进步精度而采用三轴稳定的。本文采用的是两轴一级整体稳定方式。车载稳定平台方位环的稳定由方位稳定回路来完成，回路由以下部件构成： (l)敏感元件车载仪; (2)伺服电子线路由滤波器、校正网络、PWM驱动电路等组成; (3)执行对象元件直流力矩电机; (4)控制对象稳定平台。车载稳定平台俯仰环的稳定也是由以上四局部组成。稳定平台一般为两个或者三个稳定回路,每个稳定回路只有在解耦之前方能视为各自独立的稳定回路。2车载稳定平台方位轴分析校正在机载、弹载的车载稳定平台中,外部的干扰是不可防止的。这些干扰或者是不可测的或者是随机的,这些干扰使跟瞄、

6、定位系统的视轴稳定精度和瞄精度降低，导致系统的性能变差。对于构造比拟简单的系统我们可以用超前滞后或者PID校正控制规律设计一个补偿器来抵消干扰升系统的影响。一级稳定的车载稳定平台的速率环一般采用超前滞后校正的方法消除外部的干扰。方位稳定系统对干扰的作用可看成是力平衡系统。对控制作用可看成是角速度跟踪系统,通常采用经典控制理论来设计校正函数。一般在进展设计时，通常的步骤是先考虑采月超前校正，使系统知足稳定性要求和动态精度要求，再考虑引入滞后效正，以知足系统静态力矩刚度军求，并且要不影响系统的稳定性能。测试车载稳定平台的开环幅频特性，测试时所用的输入信号为：由系统的开环幅频特性可见系统在300ra

7、d/sec附近有一个较大的谐振峰，在对系统做校正的实验中又发现系统在30rad/sec，60rad/sec及148rad/sec附近还有几个小的谐振峰；这些谐振峰的存在对稳定平台伺服系统性能起着重要的制约作用。由系统的开环幅频特性可知系统的开环传递函数为：当考虑系统采用低通滤波器滤波、陷波器滤除系统的谐振，那么系统的构造框图如图1所示。图1车载稳定平台的控制系统框图车载所可以敏感的最小速度为Vmin=0.007/s,因此它限制了系统所可以敏感的最小速度为:Vmin=0.007/s实验测得电机的启动电压为:U=3V车载的输出斜率为:kg=100mV/(1/s)系统速率环的反应系数为:=0.9功率级调宽波的增益为:KPWM=5. 4