一、星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计（论文文献综述）
王光[1]（2021）在《基于新型三轴光学靶标的内场轨迹实现技术研究》文中指出光电经纬仪的精度检测设备,是伴随着光电经纬仪而发展起来的专用检测仪器设备,由于其应用领域相对单一,必须以光电经纬仪的生产研制为基础;另一方面,其又形成了自身发展体系,这是由于作为检测设备,只有相应指标性能高于光电经纬仪的检测项,才能真实反映光电经纬仪的精度水平。同时,随着近年来光电经纬仪研制水平的提高,对其检测设备也提出了越来越高的要求,检测设备发展的滞后,将直接限制光电经纬仪的发展。基于以上研究目标,新型三轴光学靶标作为一种新研制的光电经纬仪检测设备,能够提供模拟目标复杂多变的运动轨迹,更好符合实际空中目标运动规律,在内场环境下的物理轨迹仿真方面发挥了明显的优势。本文以球坐标空间的目标角运动特性为基础,主要从三轴光学靶标在内场环境下实现目标轨迹的物理仿真,以及在轨迹运动过程中目标出射光线的振动及稳定性问题进行深入研究。论文的研究重点主要叙述如下:依托于新型三轴光学靶标,从功能指标、结构组成等方面介绍了三轴光学靶标的检测原理,在此基础上阐述了影响轴系精度的误差源,并分析了轴系误差对模拟目标出射光线的静态指向精度的影响。将水平匀速圆周轨迹作为典型轨迹分析以光电经纬仪为观测点进行目标跟踪的角速度峰值和角加速度峰值特性。将水平圆周轨迹进行转换,进而确定倾斜平面的等速圆周轨迹、传统靶标的旋转轨迹、定直平飞轨迹以及爬升和俯冲轨迹等多种轨迹的运动特性。结合三轴光学靶标的指标与特点,论述模拟目标与实际空中目标的关系,提出任意轨迹时目标角运动峰值的不等式关系。分析并扩展水平匀速圆周轨迹角运动机动性,提出光电经纬仪跟踪目标的角运动真空区理论,设计并采用两种形式的角运动正弦轨迹实现三轴光学靶标对内场轨迹的物理仿真,提高目标运动的角加速度峰值对于角速度峰值的取值适应性,以满足光电经纬仪检测的机动性条件,提高光电经纬仪跟踪性能评价的准确性。针对三轴光学靶标轨迹仿真的运动过程,考虑轨迹实现的稳定性及靶标结构的振动。将三轴联动系统作为刚体进行运动及动力学分析,确定完成轨迹运动时各轴系所需提供的驱动力矩或驱动力,以及各轴系之间的耦合作用。考虑悬臂梁的弹性变形,建立三轴联动系统的刚体-弹性梁耦合系统动力学模型,对弹性悬臂梁沿y轴和z轴变形以及移动变负载引起的柔性梁振动进行了分析,进而确定结构振动及系统不稳定对目标发生器出射光线的角度定位及指向精度的影响。在上述对轨迹仿真及轨迹实现技术进行分析的基础上,利用光电经纬仪对三轴光学靶标进行跟踪,根据光电经纬仪跟踪目标的角运动机动性指标,首先实现三轴光学靶标对于角运动正弦轨迹的内场物理仿真实验,其次采用凝视的方法对三轴光学靶标进行了稳定性测试实验,通过对三轴光学靶标各轴系单一运动、两两联动和三轴联动等不同的组合测试,分析不同形式运动对测量精度的影响,以及轴系之间的耦合作用。
吴忠明[2]（2021）在《基于高精度辨识的车载跟瞄转台伺服系统研究》文中提出随着激光通信和目标跟踪等领域的快速发展,光电跟踪设备的应用越来越广泛,机动性较高的车载光电设备成为研究的热点。跟踪转台作为车载光电跟踪系统的核心部分,要克服车体振动、风阻等扰动的影响实现对目标的高精度稳定跟踪,对伺服控制系统的性能提出了更高要求,高精度的控制需要先进的伺服控制策略和精确的传递函数模型。本文以车载激光通信为背景,从系统辨识技术和伺服控制技术两个方面对车载光电跟瞄转台伺服控制系统进行设计和研究。根据跟瞄转台的技术指标设计合理的结构形式,介绍车载跟瞄系统的工作原理,对视轴稳定原理进行分析,阐述伺服控制系统的组成和原理,对跟瞄转台的主要部件进行了分析和选型,设计“ARM处理器+FPGA数据采集+H桥驱动”伺服控制器。针对系统传递函数辨识问题,通过改进变异因子和交叉概率设计自适应差分进化辨识方法,利用标准测试函数验证了该辨识算法对参数的求解速度和精度优于GA、PSO、DE算法。对转台的主要单元进行建模分析,并进行频率响应测试,辨识出跟瞄转台精确的传递函数模型。为提高车载跟瞄转台的抗干扰能力与跟踪精度,根据获得的控制系统传递函数模型,进行控制系统速度环和位置环设计,将陀螺测得角速度通过视轴稳定方程引入速度环输入端,设计基于可测扰动的速度前馈控制,同时,在位置环加入自抗扰控制技术中的扩张状态观测器（ESO）,利用ESO对扰动的估计值调节位置回路的输出,实现对转台未知扰动的补偿。仿真对比结果验证速度前馈和ESO对扰动抑制和补偿的有效性。在车载光电跟瞄系统上对控制算法进行实际测试,转台在摇摆台角速度10°/s,角加速度10°/s2的模拟载体扰动下,对速度为1°/s匀速运动的目标进行跟踪,稳定后动态跟踪精度小于57μrad。在距离1km的两光端机之间建立无线激光通信测试,相同扰动下,稳态跟踪精度小于85μrad,通信链路稳定,优于转台设计指标。
王义敏[3]（2020）在《光电成像系统稳定成像与运动补偿控制的研究》文中研究指明光电跟踪系统对于载体扰动具有很好的抑制作用,能够在载体高速工作下依然保持稳定,是一种具有高精度跟踪性能的伺服控制系统,广泛应用于航空航天、目标跟踪以及空间通信等领域[1-2]。随着当今时代对光电跟踪系统研究的深入,使得对光电跟踪系统的跟踪精度以及成像精度的要求越来越高。而在实际应用中,由于机载光电跟踪系统的工作环境,以及自身的制作工艺,所以存在着多种扰动源,因此为保证系统稳定成像,提高系统跟踪精度,本文做了以下研究:首先,针对光电跟踪系统的结构以及动力学模型进行了研究。介绍了有关于坐标变换的理论知识,以及其在运动学中的知识,建立系统的模型,并且研究与化简了单通道的三轴平台机电模型,最终得到了光电平台模型的传递函数形式以及状态空间形式。其次,针对稳定成像问题,保证视轴的稳定是首要前提,基于此分析了影响光电跟踪系统视轴稳定的因素,为了克服系统存在的各类干扰,保证视轴稳定,本文采用干扰补偿控制方法,对此研究了两种控制方案,第一种控制方案是基于鲁棒H?混合灵敏度控制理论,设计干扰观测器,估计补偿系统的干扰,可以有效的抑制系统的干扰问题。第二种方案从精细化抗干扰的层面研究了干扰补偿策略,采用复合高阶滑模干扰补偿控制策略,针对系统的等效扰动,结合有限时间收敛理论,设计了一种高阶滑模干扰观测器,对扰动进行有效估计和补偿。针对系统的未估计状态,设计了一种基于Lyapunov理论的高阶滑模补偿器,进一步补偿干扰的未估计状态。最后,通过仿真对比实验,证明了所提方法的有效性。最后,针对光电跟踪系统在扫描成像这个动态过程中出现的像旋问题,采用运动补偿控制策略。针对像旋问题,首先分析了像旋产生的原因,其主要是由于扫描系统与成像系统运动不同步所造成的,为了克服这一问题,本文研究了机器人遥操作领域的双边控制,并将此控制应用于扫描成像系统,用以提高两系统的透明性,进而解决像旋问题。在此基础上,针对目标的跟踪问题,在双边控制结构内,本文提出了预测滑模控制算法,结合广义预测理论,设计了一种具有预测性能的滑模面,可以有效的提高系统的跟踪速度,通过使用双幂次趋近率与快速趋近率结合作为趋近率,设计系统的控制器,但是控制器中的切换函数会使系统跟踪过程发生抖震,为了降低滑模控制的抖震问题,提出了一种新型的幂次函数代替控制器中的切换函数,并利用边界层厚度对系统的稳定精度的影响,在边界层内,采用反正切函数,边界层外部,采用滑模面的幂次,通过选取合适的边界层厚度,可以在消除系统抖震的前提下,提高系统的跟踪速度。最后,通过实验仿真,验证了本文所设计的控制方法的有效性。
任维[4]（2020）在《运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究》文中进行了进一步梳理随着光电跟踪系统应用领域的不断拓展,期望光电跟踪系统具备灵活性和机动性,以便无论在哪种运动平台下都可以实现对目标的稳定跟踪。在运动平台下的光电跟踪系统面临的技术挑战较传统地基光电设备更大。由于运动载体的机动和环境振动会严重影响系统的视轴稳定,因此光电跟踪系统的抗扰技术至关重要。本文针对光电跟踪系统中机架和精密稳定平台等执行结构在实现视轴稳定控制中面临的问题,分别提出了基于H∞原理的扰动观测器设计方法、基于虚拟速度三闭环控制、改进型Smith预估器和复合稳定平台及控制方法,并通过实验验证分析了所提方法达到的性能效果。本文首先介绍了光电跟踪系统的工作原理,分析了稳定和跟踪两个问题的处理方式。通过建立光电跟踪平台的坐标系,推导了实现视轴稳定的扰动补偿方程,并基于扰动补偿方程阐述了惯性陀螺的两种安装方式。其次,分析了光电跟踪系统的复合轴控制结构,对机架和精密稳定平台分别进行了数学建模。因为系统的视轴稳定精度取决于系统的扰动抑制能力。对任何伺服系统来说,系统的扰动抑制能力都是由主动抑制能力和被动抑制能力组成。主动抑制能力的性能取决于被控对象的特性、惯性传感器的性能和控制算法。而被动抑制能力取决于平台自身的机械隔离特性。本文从主动抑制和被动抑制两个角度展开稳定控制技术研究。提出了一种基于H∞原理的扰动观测器设计方法,利用扰动观测器观测出外界扰动并进行前馈补偿以提高机架系统的扰动抑制能力。但机架被控对象的非线性特性会影响扰动观测器的稳定性。本文进一步利用H∞控制理论分析关于扰动观测器的Q滤波器设计的优化方程,以确保扰动观测器的稳定性。由于该优化方程为非标准的H∞优化方程型式,难以实现求解。因此理论推导和分析了将非标准优化方程转换成优化方程的计算步骤。基于吊舱平台的稳定实验表明在吊舱转轴存在非线性摩擦特性的情况下,扰动观测器稳定并可以将1Hz处的扰动能力提高-11.22d B。为了满足精密稳定平台轻量化和小型化的需求,从减少传感器数量和节约成本的角度出发,兼顾系统的稳定性要求。提出了基于虚拟速度环的三闭环控制方法,利用价格低廉、体积小、重量轻、测量带宽宽的MEMS线加速度计来估计平台的角速度信号。数学推导了信号数字积分的基本原理,并针对积分过程中产生的累积误差问题,设计了一种周期性的虚拟初始速度修正方法,消除了累积误差的影响。实验结果表明,在低频段虚拟速度信号可以替代陀螺传感器的使用,实现对平台速度状态信息地近似表征。并利用虚拟速度信号作为速度反馈信号实现了稳定的三闭环控制系统,验证了该方法的可行性。考虑到延迟环节对闭环稳定回路带宽的限制,提出了一种改进型Smith预估器补偿方法。通过对比分析Smith预估器、内模控制和扰动观测器的控制结构和补偿原理,将扰动观测和补偿的设计思想引入到传统的Smith预估器中,得到了一种改进型的Smith预估器控制结构。对改进型Smith预估器的理论分析表明该方法不仅可以改善陀螺信号滞后对速度环的影响,而且还提高了系统低频段的扰动抑制比。最后在基于精密稳定平台稳定控制实验中验证改进型Smith预估器算法的有效性。最后针对精密稳定平台高频隔振能力不足的问题,提出了一种复合式稳定平台结构。从单级精密稳定平台的被动隔离特性和闭环回路中的动力学方程开始分析,指出了通过降低平台刚度系数提高被动隔离能力对系统主动稳定带宽设计产生的限制。然后建模分析了复合平台的被动隔离特性、主稳定平台的动力学方程和次稳定平台的动力学方程。并对次稳定平台在闭环设计过程中出现的不确定问题,提出了一种基于模型的鲁棒控制器设计方法。在此基础上搭建了相应的复合稳定实验验证平台。最终的扰动抑制对比实验结果表明复合稳定平台能够极大地提高系统全频段的扰动抑制能力。
林俤[5]（2020）在《复杂背景下反无人机的智能光电搜索跟踪技术研究》文中指出随着国际反恐和安保形式的变化,必须对来自空中的“低慢小”目标进行有效的防范。城市空中安保面临的空中威胁多为“低慢小”目标,固定翼目标机动飞行的速度可达30～50m/s,飞行角速度较大,且存在机动。在目标机动情况下,高精度拦截系统需要光电搜索跟踪系统的激光测距光轴实时照准目标,以获取目标位置信息,并实时估计目标机动运动参数,这对光电搜索跟踪系统的跟踪精度提出了很高的要求。另一方面,由于城市环境楼宇及建筑物众多,背景复杂,相对于常规净空背景下的无人机目标跟踪,对光电搜索跟踪系统复杂背景下的目标探测及图像跟踪能力也提出了新的要求。智能光电搜索跟踪系统能够实现城市复杂背景下对空中“低慢小”目标的实时搜索、捕获和跟踪,以便为高精度的拦截系统提供目标运动参数。针对复杂背景下“低慢小”目标探测及高精度跟踪的难点,本文分析了目标和复杂背景成像特点,提出了多光谱多元探测光学系统设计方案,将目标信息获取从常规的单一通道扩展为多个通道,使目标和背景可以在不同的波段上进行区分。在多光谱成像探测的基础上重点研究了复杂背景下的目标图像搜索跟踪技术和高精度伺服跟踪技术。在多光谱成像探测的基础上,对于目标机动情况下的高精度伺服跟踪技术,针对多种类型的“低慢小”目标机动能力和典型飞行方式的不同,提出了基于神经网络的IMM卡尔曼滤波前馈补偿跟踪方法。该方法将各种类型目标的机动特性建模后加入IMM卡尔曼滤波机动模型中,并采用神经网络目标识别模型来对搜索到的空中目标进行识别,根据识别到的目标类型自动调整IMM卡尔曼滤波参数,使滤波器对目标的机动特性获得最佳估计。从而为前馈补偿控制算法提供精确的前馈补偿控制量。高精度的伺服控制可保证在目标机动情况下,光学系统光轴仍可以稳定对准目标,使得测距激光可实时连续对目标进行测距。对于城市复杂背景下的目标图像搜索跟踪技术,提出了基于多光谱探测的多模复合TLD目标跟踪算法。在实际系统应用中,TLD算法存在耗时较长,容易产生跟踪漂移等缺点。因此,为了获得实时稳定的跟踪算法,本文提出了改进的复合TLD目标跟踪算法,一方面,图像处理前端首先对获取的图像进行融合处理,融合后的视频帧一路经过抽取（原始50Hz,抽取后为10Hz）,之后送入TLD目标跟踪算法,另一路直接送入KCF目标跟踪算法中,KCF算法实时性高,运算速度快,在运行正常的情况下,TLD算法会对KCF样本进行更新,以弥补KCF算法不能适应目标尺度变化及局部遮挡的情况,最外层采用基于先验信息的神经网络目标识别技术,在内层算法丢失目标后重新捕获目标,复合跟踪算法将三种算法进行优势互补,提高了跟踪稳定性和可靠性。对于城市复杂背景下建筑物对无人机的遮挡情况,通过IMM卡尔曼滤波技术来解决目标进入遮挡区域后对其运动轨迹的预测问题。无人机在进入遮挡区域后,其轨迹预测误差随时间的增长而增加。在短时间内,IMM卡尔曼滤波器的预测精度较高,随着时间的增长,目标出现各种机动的概率增加。提出了抗长时遮挡的IMM卡尔曼滤波-TLD目标跟踪算法,并进行了单机试验验证。对多机联合跟踪情况进行了仿真。本章算法根据目标出现区域的概率来自适应的调整跟踪波门,以使目标脱离遮挡区域后能够以较大概率重新进入跟踪视场。本文对以上关键技术在理论分析的基础上,进行了相关试验验证,证明了其算法的有效性。对于机动目标的跟踪精度验证,在实验室环境采用目标模拟器模拟各种目标机动,采用光电搜索跟踪系统实时跟踪并评估其跟踪精度,采用基于神经网络的IMM卡尔曼滤波前馈补偿控制器较常规控制器精度可提高3倍以上,实际系统在外场验证目标典型机动跟踪精度优于0.5mrad;在外场环境验证了多模复合TLD目标跟踪算法,较常规KCF或TLD算法,包含复杂背景下测试视频集的平均测试精度评估为0.9。单次抗遮挡跟踪试验中,基于IMM卡尔曼滤波将轨迹预测误差从常规预测的53m减小到15m。提高光电搜索跟踪系统的智能化水平、抗遮挡能力和精确跟踪能力是未来城市复杂背景反无人机系统的发展方向。对反无人机相关关键技术进行深入研究无论是军用还是民用反恐都将具有重要意义。
王帆[6]（2020）在《机载星跟踪器稳定跟踪技术研究》文中提出星跟踪器主要应用于飞机的惯导/天文全天时组合导航系统,作用是通过计算飞机与恒星的相对位置关系,并依靠双星或多星切换的方式来补偿惯导的累计误差。由于飞机在飞行过程中姿态不断变化且机身会因为发动机和气流等原因产生抖动,星跟踪器需要具备载体扰动隔离能力以保证星图质量和完成对目标恒星的持续跟踪。因此,从功能上来看,星跟踪器可以视为一个需要不断切换跟踪目标的光电稳定平台。其中,星跟踪器的跟踪性能由视轴稳定性能和目标跟踪性能决定,而其切换和搜索目标的效率则取决于视轴稳定性能和位置控制精度。本文将分别对星跟踪器的视轴稳定、位置控制和目标跟踪等三个方面进行深入研究,并通过改进控制结构的方式来提高星跟踪器系统的性能。首先将对星跟踪器的系统组成及结构进行介绍,并在此基础上分析扰动耦合原理和目标相对位置与脱靶量之间的关系,为相关传感器的利用提供理论支撑。建立星跟踪器平台模型,并分析载体扰动隔离原理;根据星跟踪器的功能需求,分别提出用于稳像和目标切换的双闭环控制回路,为后文的控制结构优化打下基础。在视轴稳定方面,本文提出两种设计方案:1)对星跟踪器采用的间接稳定方案原理进行阐述,提出间接稳定控制所需解决的三个主要问题:匹配滤波、微分测速噪声和扰动抑制,在此基础上提出自抗扰控制加低通滤波器的设计方案,并通过仿真说明这一方案会降低系统鲁棒性,而这种鲁棒性的降低不但会恶化系统的跟踪性能,还会限制控制增益的提高。为了防止这种鲁棒性损失,提出一种基于扰动观测原理的噪声观测器,并与自抗扰控制相结合。噪声观测器具有三个特点:一是噪声观测器不需要精确的模型对象,可以通过参数整定进行调谐;二是噪声观测器的滤波作用可等效为一个低通滤波器,因此可以替代低通滤波器完成高频噪声滤除和匹配滤波任务;三是在系统中加入噪声观测器不会降低系统的鲁棒性。采用自抗扰控制加噪声观测器方案使星跟踪器视轴稳定精度提升了约1倍,跟踪性能提升了约40%。2)由于添加噪声观测器会降低自抗扰控制的扰动抑制能力,且算法复杂度较高,因此提出一种鲁棒降阶自抗扰控制方案。鲁棒降阶自抗扰控制由降阶自抗扰控制加改进降噪扰动观测器组成,前者的主要作用是提高自抗扰控制的扰动抑制能力,后者主要用于改善降阶自抗扰控制的鲁棒性和噪声抑制能力,并同时完成匹配滤波功能。此外,通过理论分析说明了改进降噪扰动观测器提高降阶系统鲁棒性的机理。与噪声观测器方案和经典自抗扰控制相比,鲁棒降阶自抗扰控制的视轴稳定精度提升了1倍以上。针对星跟踪器需要高效切换和搜索目标的问题,提出带有滑模组件的自抗扰位置控制方案。首先,针对扩张状态观测器对于时变扰动存在扰动估计误差较大的问题,提出基于总和扰动估计微分的改进方法,将低频扰动的估计精度提升了约12dB。针对由于模型参数摄动及建模误差引起的控制增益估计不准导致的扰动抑制能力和鲁棒性损失问题,提出带有滑模组件的反馈在控制率,并利用扰动估计微分替代扰动估计来设计时变滑动增益以避免由于较大扰动引起的系统抖震。实验结果表明,改进扩张状态观测器具有更强的扰动估计能力,且所设计滑模组件相比前人设计更不易引起抖震,添加滑模组件后系统的鲁棒性显着提升,扰动抑制能力和正弦跟踪精度提升了约1倍,且换向误差显着减小。针对星跟踪器跟踪回路的扰动抑制和脱靶量延时问题,提出基于预测结构扩张状态观测器的跟踪控制方案。在总结前人提出的状态预测算法的基础上,结合系统的扩张模型,提出扩张状态预测算法,并与扩张状态观测器相结合组成预测结构扩张状态观测器。理论分析和实验结果均表明,扩张状态预测算法能使系统状态收敛于更小的误差界内,预测结构扩张状态观测器能有效提升跟踪精度。
张建强[7]（2020）在《舰载激光通信视轴稳定控制技术研究》文中研究说明视轴稳定控制技术是激光通信系统的关键技术,该控制技术目标实现激光通信端机之间建立收发链路并在长时间内高精度对准,是实现激光通信的前提条件。但是,在复杂海况环境下,舰载激光通信系统受海浪摇摆、船体运动导致的六自由度姿态扰动及系统内部非线性扰动的影响,激光视轴不能稳定于目标终端探测器靶面,导致激光通信技术不能成功实现。对于克服复杂海况环境和保证高精度视轴对准指标的双重要求,传统的控制策略已经不能满足激光通信视轴对准精度的设计需要,因此必须研究有效的现代控制方法建立激光通信视轴稳定控制系统实现视轴高精度控制。本文从以下四个方面进行研究分析以提高激光视轴的对准精度:其一,研究高精度伺服转台控制技术,该技术是实现视轴高精度跟踪控制的基础和保证。转台伺服控制器采用现代控制的设计思想,将力矩不均、摩擦力、系统参数摄动等非线性扰动统一归结为非线性因素进行理论研究,通过设计鲁棒性强的滑模控制算法实现对非线性扰动的整体抑制,进而保证对伺服转台的高精度控制。其二,研究海浪及舰船运动姿态扰动前馈补偿技术,该技术为姿态扰动一级隔离技术。本文分别分析海浪导致的船体艏摇、横摇、纵摇以及舰船前进、横漂、起伏运动对视轴稳定性的影响,采用欧拉角解算方法建立姿态转移矩阵并数据解耦推算出六自由度姿态扰动视轴模型,最后通过前馈速度补偿控制实现视轴初级稳定。其三,研究高精度视轴稳定控制技术,该技术属于姿态扰动二级隔离技术,也是激光通信控制系统粗跟踪控制技术。该技术本质上为位置环控制技术,即将图像脱靶量及转台位置融合数据作为信息源,通过设计高精度控制器控制目标光斑始终处于探测器靶面中心,实现激光视轴高精度对准。其四,研究脱靶量数据滞后补偿技术,由于探测器光电转换时间,脱靶量滞后编码器数据,该问题会导致控制系统精度降低,视轴稳定性变差。为此,本文基于目标光斑运动模型及自适应卡尔曼预测滤波算法建立了共轴跟踪控制系统,该系统能有效估计脱靶量滞后数据,进一步提高了视轴对准精度和系统的稳定性。本文在研究中分别开展了高精度转台伺服控制实验、等效海况视轴初级稳定实验、高精度视轴稳定控制实验,实验结果证明本文控制策略能有效隔离海浪姿态扰动及系统内部非线性扰动对视轴精度的影响,充分满足激光通信视轴对准精度指标要求,为后续激光通信技术的研究与实践提供有力支撑。并且,实验结论进一步验证了本文提出的新型无抖振滑模控制算法、新型快速滑模控制算法、视轴姿态扰动模型、自适应卡尔曼滤波算法的有效性。
王慧芬[8]（2020）在《光电跟踪系统的位置伺服控制》文中认为光电跟踪系统具有捕获和跟踪目标的功能,目前已广泛用于火箭发射、靶场试验、火控系统的战术支持、大型工件的激光跟踪测量系统以及森林防火系统等国防和国民经济的各个领域。针对光电跟踪的位置伺服控制中存在响应速度慢,跟踪精度不高的问题,本文以光电跟踪系统为背景,矢量控制技术为基础,将智能控制技术与PID控制相结合对PMSM进行控制,使光电跟踪系统快速准确捕获、跟踪目标,并经过Matlab/Simulink仿真,验证控制方法的有效性。首先,为PMSM建立数学模型,确定使用di=0的矢量控制方法,介绍位置、转速、电流的三环控制结构,并使用PID控制器进行系统仿真。其次介绍了RBFNN的结构、学习过程、以及RBFNN-PID控制的原理。RBFNN拓扑结构简单,非线性逼近能力强,利用RBFNN的Jacobian信息判断系统的控制灵敏度,实时产生PID控制器中kp、ik、kd调整量,提高控制系统的自适应能力。但由于RBFNN-PID控制过程中可能出现收敛速度慢,鲁棒性差的问题,引入了蚁群算法:有增强式学习、全局寻优能力的进化类算法,对RBFNN网络参数进行选取,并为防止蚁群算法陷入局部最优使用改进的自适应混沌蚁群算法,快速选取最优网络对PID参数实时调整,增强系统控制的自适应能力和抗干扰能力,提高系统的快速性和跟踪精度。最后通过Matlab/Simulink进行理论仿真,并在实验室初步验证了方案的可行性和有效性。
刘禹铭[9]（2020）在《基于双重复合轴结构的舰载光电跟踪系统控制方法研究》文中研究说明激光武器是一种新型的高能定向武器,与常规武器相比,激光武器有几大显着特点:传播迅速、能量密度高、能够持续射击等,尤其适用于对高速机动目标的打击。因此激光武器也越来越适用于各种动载体中,例如车载、船载、星载、机载等。然而由于激光的特性,光束必须要持续照射目标一段时间才能产生足够的能量来破坏目标,因此要求激光不仅能精准射向目标,还得保证光束能够在目标表面稳定滞留一段时间,这便要求光电跟踪系统的跟踪精度至少为微弧度级别。此外,在舰载条件下,平台扰动会产生不利因素,因此需要解决在舰载条件下的机动目标稳定锁定、高精度跟踪瞄准等技术难题。本文主要从舰载激光武器光电跟踪系统出发,对提高系统的跟踪精度的关键性问题进行了研究,主要通过改进控制方法的方式,对系统中扰动的解算方法、脱靶量造成的动态滞后误差的补偿、滤波算法的改进,以及系统结构的改进、精跟踪子系统控制器的设计等几个方面的问题进行研究。本文首先介绍了基于复合轴结构的光电跟踪系统的控制原理,并分别建立了粗跟踪系统和精跟踪系统的数学模型,搭建了包含粗、精、高精跟踪子系统的双重复合轴系统;然后对舰艇平台扰动进行分析,建立了解算模型并仿真验证了该模型的可靠性;接着介绍了多种非线性卡尔曼滤波算法,并对容积卡尔曼滤波算法进行了改进,在此基础上建立了共轴跟踪系统;紧接着对精跟踪系统的控制器进行了设计;最后模拟了三种导弹的仿真航路,应用所设计的光电跟踪系统对导弹航路进行跟踪仿真,结果表明系统的跟踪精度达到了舰载光电跟踪设备的精度要求。
陶俊明[10]（2019）在《反作用轮实现微纳卫星光电跟踪物理仿真》文中进行了进一步梳理在天基探测设备在空间态势感知中扮演着越来越重要角色的背景下,基于星载一体化的卫星设计理念,结合微纳卫星机动灵活等特点,通过以反作用轮作为执行机构,驱动卫星本体姿态机动,实现光电探测设备完成对目标跟踪成为了一种可能。本文提出的跟瞄方式是一种新型的空间跟瞄方式,有一定的探索性,具有学术和实际运用价值。为了验证以反作用飞轮作为执行机构完成卫星姿态机动,以实现跟瞄功能的可行性,本文设计了基于单轴气浮台的微纳卫星光电跟踪物理仿真系统。本文主要进行了以下几个部分的工作:1)根据任务需求,完成了微纳卫星光电跟踪物理仿真系统的组成结构设计。2)首先,依次完成了反作用轮建模、微纳卫星光电跟踪物理仿真系统的建模;其次,为提高物理仿真系统的性能,分别对反作用轮和气浮台所受到的干扰力矩进行分析;最后,针对微纳卫星光电跟踪物理仿真系统存在的系统噪声,对其进行分析并给出了相应的解决方案。3)首先,针对反作用轮存在的干扰力矩和加、减速时间常数不对称的问题,设计了增益调度和力矩补偿相结合的反作用轮控制策略;其次,采用双闭环-速度前馈的控制结构,完成了微纳卫星光电跟踪物理仿真系统的控制系统设计;最后,完成反作用轮控制系统和微纳卫星物理仿真控制系统的计算机仿真与分析。4)对微纳卫星光电跟踪物理仿真系统的硬件组成进行了详细的说明,分析了上位机人机交互界面、控制算法程序、滤波算法程序的设计思路,并给出了相应的程序设计流程图。5)为了验证设计的有效性,完成相应的实验,并对实验结果进行了分析。实验结果表明将原用于稳定姿态的反作用轮,作为星载光电跟踪系统的执行机构,以实现跟瞄功能的方案是可行的。
二、星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计（论文提纲范文）
（1）基于新型三轴光学靶标的内场轨迹实现技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 相关技术的国内外研究现状 |
| 1.2.1 跟踪精度与测量精度的检测方法 |
| 1.2.2 目标运动仿真技术的发展现状 |
| 1.2.3 光学平台抖动的研究发展状况 |
| 1.3 光电经纬仪检测设备的运动轨迹物理仿真技术 |
| 1.3.1 等效正弦法和等效目标法轨迹仿真 |
| 1.3.2 传统旋转靶标运动规律 |
| 1.4 本文研究的主要内容及现实意义 |
| 第2章 新型三轴光学靶标结构原理及静态精度分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 三轴光学靶标的检测原理介绍 |
| 2.2.1 功能及指标 |
| 2.2.2 结构组成 |
| 2.2.3 三轴光学靶标检测原理及运动模式分析 |
| 2.3 轴系误差分析 |
| 2.3.1 旋转轴误差分析 |
| 2.3.2 对准轴误差分析 |
| 2.3.3 直线轴误差分析 |
| 2.4 静态指向精度分析 |
| 2.4.1 旋转轴平移误差对光轴指向的影响 |
| 2.4.2 直线轴、对准轴及目标发生器的平移误差对光轴指向的影响 |
| 2.4.3 旋转轴倾斜误差对光轴指向的影响 |
| 2.4.4 直线轴、对准轴及目标发生器的倾斜误差对光轴指向的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 空中目标运动轨迹模型建立与内场仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 典型轨迹及其角运动机动性分析 |
| 3.2.1 水平匀速圆周运动轨迹 |
| 3.2.2 倾斜平面的等速圆周轨迹 |
| 3.2.3 定直平飞轨迹 |
| 3.2.4 爬升和俯冲轨迹 |
| 3.3 模拟目标与实际空中目标的关系 |
| 3.3.1 实际空中目标向三轴光学靶标的转换 |
| 3.3.2 目标角运动峰值不等式关系 |
| 3.4 基于角运动机动的水平面圆形轨迹仿真 |
| 3.4.1 影响角运动特性的参数分析 |
| 3.4.2 三轴光学靶标对轨迹及运动的扩展 |
| 3.4.3 匀速圆周轨迹角运动的真空区 |
| 3.4.4 角运动正弦轨迹 |
| 3.5 基于角运动机动的直线轨迹仿真 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 运动系统的振动及其对目标指向的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 刚体系统的结构动力学分析 |
| 4.2.1 目标发生器运动的速度、加速度计算 |
| 4.2.2 各刚体结构的受力分析 |
| 4.2.3 三个轴系的驱动力及驱动力矩计算 |
| 4.2.4 三轴运动间的耦合作用及其对悬臂梁和目标发生器的影响 |
| 4.3 运动刚体-弹性体耦合系统的弹性力学建模 |
| 4.3.1 运动刚体-弹性梁耦合系统的动力学通式 |
| 4.3.2 运动刚体-弹性梁动力学模型沿不同轴分解的原因分析 |
| 4.3.3 悬臂梁变速旋转运动的物理模型及分析 |
| 4.3.4 移动质量-悬臂梁的物理模型及分析 |
| 4.4 振动对光轴指向及轨迹的影响分析 |
| 4.4.1 悬臂梁y向的振动分析与仿真 |
| 4.4.2 悬臂梁z向的振动分析与仿真 |
| 4.4.3 悬臂梁振动对方位角和俯仰角定位误差的影响 |
| 4.4.4 轨迹偏差分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 三轴光学靶标的内场轨迹物理仿真及指向稳定性测量实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三轴光学靶标对目标轨迹的内场物理仿真实验 |
| 5.2.1 轨迹仿真实验平台的搭建 |
| 5.2.2 角运动正弦的轨迹仿真与实现 |
| 5.3 三轴光学靶标的指向稳定性测试实验 |
| 5.3.1 指向稳定性测试实验平台的搭建 |
| 5.3.2 单一轴系的稳定性测试 |
| 5.3.3 旋转轴与直线轴联动时的稳定性测试 |
| 5.3.4 有/无直线运动的对准轴运动 |
| 5.3.5 三轴联动与二轴联动的稳定性对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 创新性工作 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）基于高精度辨识的车载跟瞄转台伺服系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 激光通信发展现状 |
| 1.2.2 车载光电平台发展现状 |
| 1.2.3 转台伺服控制系统研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容及结构 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 跟瞄转台伺服系统总体设计方案 |
| 2.1 主要技术指标 |
| 2.2 车载跟瞄系统的工作原理 |
| 2.3 转台的总体结构设计 |
| 2.4 视轴稳定原理 |
| 2.4.1 转台坐标系定义 |
| 2.4.2 视轴的运动学模型 |
| 2.5 转台伺服控制系统的组成和原理 |
| 2.5.1 转台伺服控制系统组成 |
| 2.5.2 转台伺服控制系统原理 |
| 2.6 主要部件选型 |
| 2.6.1 直流力矩电机的选择 |
| 2.6.2 光纤陀螺的选择 |
| 2.6.3 位置传感器的选择 |
| 2.6.4 CCD探测系统的选择 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 跟瞄转台伺服控制系统硬件设计 |
| 3.1 跟瞄转台硬件系统总体设计 |
| 3.2 伺服系统的控制器选型 |
| 3.2.1 ARM芯片 |
| 3.2.2 FPGA芯片 |
| 3.3 主要控制电路设计 |
| 3.3.1 系统电源电路 |
| 3.3.2 功率驱动电路 |
| 3.3.3 通信电路 |
| 3.3.4 保护电路 |
| 3.3.5 增量式编码器接口电路 |
| 3.4 硬件电路实物 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 转台伺服系统的模型辨识与设计 |
| 4.1 差分进化算法及其改进算法 |
| 4.2 自适应差分进化算法的性能评价 |
| 4.2.1 Benchmark标准化测试函数 |
| 4.2.2 求解精度测试 |
| 4.2.3 全局收敛性能比较 |
| 4.3 跟瞄转台主要模型的建立 |
| 4.3.1 直流力矩电机模型 |
| 4.3.2 直流PWM功放模型 |
| 4.3.3 CCD图像处理单元模型 |
| 4.3.4 光纤陀螺模型 |
| 4.4 系统频域测试 |
| 4.4.1 扫频数据处理 |
| 4.4.2 传递函数辨识结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于辨识模型的转台控制策略研究 |
| 5.1 跟瞄转台控制策略 |
| 5.1.1 速度环 |
| 5.1.2 位置环 |
| 5.1.3 陀螺速度前馈控制 |
| 5.2 扩张状态观测器(ESO) |
| 5.2.1 基于位置环的ESO |
| 5.2.2 仿真测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 实验研究 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（3）光电成像系统稳定成像与运动补偿控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.3 光电跟踪系统的结构分析 |
| 1.4 光电稳定平台的工作原理 |
| 1.5 影响光电平台跟踪精度的因素 |
| 1.6 本文的主要工作 |
| 2 系统建模 |
| 2.1 坐标变换及运动学关系 |
| 2.2 动力学模型 |
| 2.3 动力学模型的简化 |
| 2.4 机电模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于鲁棒H∞混合灵敏度控制的干扰观测器的设计 |
| 3.1 干扰观测器的基本原理 |
| 3.2 H∞范数 |
| 3.3 标准H∞鲁棒控制问题 |
| 3.4 H∞混合灵敏度问题 |
| 3.4.1 加权函数的选择 |
| 3.4.2 混合灵敏度优化滤波器 |
| 3.5 S/KS混合控制 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 复合干扰补偿控制策略 |
| 4.1 高阶滑模干扰观测器的设计 |
| 4.2 高阶滑模补偿器的设计 |
| 4.2.1 二阶终端滑模控制的到达条件 |
| 4.2.2 二阶终端滑模控制器的设计 |
| 4.3 实验仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于双边控制的像旋补偿控制 |
| 5.1 像旋产生的原因 |
| 5.2 像旋补偿控制方法 |
| 5.3 双边控制 |
| 5.4 双边控制简介 |
| 5.5 双边控制消像旋控制方法 |
| 5.6 预测滑模控制器设计 |
| 5.6.1 广义预测基本原理 |
| 5.6.2 预测输出 |
| 5.6.3 广义预测滑模控制器 |
| 5.6.4 幂次函数分析 |
| 5.7 实验分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（4）运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景以及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 影响惯性稳定控制精度概述 |
| 1.4 本课题的研究难点 |
| 1.5 本文的内容安排 |
| 第2章 运动平台下光电跟踪系统的稳定跟踪原理 |
| 2.1 光电跟踪系统的工作原理 |
| 2.2 稳定跟踪控制问题 |
| 2.2.1 稳定和跟踪的关系 |
| 2.2.2 稳定和跟踪的分离 |
| 2.3 视轴稳定原理分析 |
| 2.3.1 光电跟踪平台的坐标系 |
| 2.3.2 视轴稳定的补偿方程 |
| 2.3.3 惯性陀螺的安装方式 |
| 2.4 复合轴控制系统 |
| 2.4.1 复合轴控制原理 |
| 2.4.2 复合轴系统的控制对象特性分析 |
| 2.4.3 机架的电动力学模型 |
| 2.4.4 复合轴惯性稳定控制面临的问题 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于扰动观测器的机架抗扰技术 |
| 3.1 扰动观测器的基本原理 |
| 3.2 基于H_∞原理的Q滤波器设计方法 |
| 3.2.1 H_∞的基本原理 |
| 3.2.2 DOB的灵敏度分析 |
| 3.2.3 Q滤波器的鲁棒设计 |
| 3.2.4 Q滤波器的求解 |
| 3.2.5 仿真分析 |
| 3.3 基于DOB的机架控制实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于虚拟速度环的三闭环控制技术 |
| 4.1 多闭环控制的意义 |
| 4.2 基于虚拟速度环的三闭环控制 |
| 4.2.1 MEMS线加速度计的测量原理 |
| 4.2.2 虚拟速度估计原理 |
| 4.2.3 误差分析 |
| 4.3 基于虚拟速度的三闭环控制实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于改进型Smith预估器的补偿技术 |
| 5.1 闭环系统的延迟组成 |
| 5.2 延迟对系统闭环带宽的影响 |
| 5.3 Smith预估器的基本原理 |
| 5.4 基于模型观测的补偿方法分析 |
| 5.5 改进型的Smith预估器设计原理 |
| 5.6 基于速度环的改进型Smith预估器设计 |
| 5.7 实验验证 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 复合稳定平台结构及控制研究 |
| 6.1 单级精密稳定平台 |
| 6.1.1 被动隔离特性 |
| 6.1.2 闭环回路中的动力学方程 |
| 6.2 主动和被动稳定性能的冲突 |
| 6.3 复合稳定平台模型 |
| 6.3.1 被动隔离特性 |
| 6.3.2 基于控制回路的次稳定平台的动力学方程 |
| 6.3.3 基于控制回路的主稳定平台的动力学方程 |
| 6.3.4 复合稳定平台的控制器设计 |
| 6.4 实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 7.1 论文的主要工作 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）复杂背景下反无人机的智能光电搜索跟踪技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 反无人机系统国内外研究现状 |
| 1.2.2 目标探测跟踪领域国内外研究现状 |
| 1.3 当前光电跟踪装备及目标搜索跟踪技术中存在的问题 |
| 1.4 研究难点 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 目标成像特点及基本跟踪设计理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 “低慢小”目标在复杂背景下的成像特点 |
| 2.2.1 光谱特征 |
| 2.2.2 颜色特征 |
| 2.2.3 偏振特性 |
| 2.2.4 三维特征 |
| 2.2.5 运动特征 |
| 2.3 基于多光谱探测的光学载荷设计 |
| 2.4 光电跟踪基本伺服跟踪理论 |
| 2.4.1 基本控制原理 |
| 2.4.2 复合前馈控制 |
| 2.4.3 目标跟踪及轨迹预测 |
| 2.4.4 动载体情况下的陀螺稳像控制 |
| 2.5 基于复杂背景的基本图像跟踪理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 改进的多模TLD目标跟踪算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 TLD算法的主要模块 |
| 3.2.1 跟踪器 |
| 3.2.2 检测器 |
| 3.2.3 整合器 |
| 3.2.4 P-N学习模块 |
| 3.3 KCF算法简介 |
| 3.3.1 构造样本 |
| 3.3.2 训练分类器 |
| 3.3.3 目标检测 |
| 3.3.4 分类器的更新 |
| 3.4 多模复合TLD目标跟踪算法 |
| 3.4.1 TLD算法中改进的多特征融合目标跟踪器 |
| 3.4.2 改进的多模复合TLD算法 |
| 3.4.3 仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于神经网络的IMM卡尔曼滤波前馈补偿伺服控制算法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 伺服系统构成及工作原理 |
| 4.3 基于神经网络的IMM卡尔曼滤波复合控制器 |
| 4.4 用于估计模型最优参数的神经网络参数训练器 |
| 4.5 仿真分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 抗长时遮挡的联合IMM卡尔曼滤波-TLD目标跟踪算法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基本原理 |
| 5.3 目标遮挡时对可能出现区域的概率估计 |
| 5.4 仿真分析 |
| 5.5 多机联合IMM卡尔曼滤波-TLD目标跟踪 |
| 5.6 基于抗长时遮挡IMM卡尔曼滤波器轨迹预估的延伸功能 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 硬件设计与实现 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 智能光电搜索跟踪系统构成和工作原理 |
| 6.3 光学系统设计 |
| 6.4 搜索跟踪系统的伺服控制模块设计 |
| 6.4.1 伺服控制系统设计要点 |
| 6.4.2 伺服控制系统总体构架 |
| 6.4.3 伺服控制电控设计 |
| 6.5 时序控制模块设计 |
| 6.6 GPU图像处理平台设计 |
| 6.7 关键技术 |
| 6.8 本章小结 |
| 第七章 智能光电搜索跟踪系统试验分析 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 IMM卡尔曼滤波前馈补偿控制跟踪精度试验 |
| 7.3 多模复合TLD目标跟踪试验 |
| 7.4 抗长时遮挡IMM卡尔曼滤波-TLD目标跟踪试验 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 工作总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）机载星跟踪器稳定跟踪技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 机载全天时天文导航系统研究现状 |
| 1.3 机载光电稳定平台研究现状 |
| 1.4 相关控制方法研究现状 |
| 1.4.1 惯性稳定控制方法研究现状 |
| 1.4.2 目标跟踪控制方法研究现状 |
| 1.5 论文主要研究内容及结构安排 |
| 1.5.1 论文主要研究内容 |
| 1.5.2 论文结构安排 |
| 第2章 星跟踪器系统分析 |
| 2.1 星跟踪器稳定方案选择 |
| 2.2 星跟踪器系统组成及工作原理 |
| 2.3 星跟踪器平台特性及原理分析 |
| 2.3.1 星跟踪器角运动原理 |
| 2.3.2 星跟踪器脱靶量与目标相对位置关系 |
| 2.3.3 星跟踪器动力学模型 |
| 2.3.4 星跟踪器扰动隔离分析 |
| 2.3.5 双闭环回路控制技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于自抗扰控制和噪声观测器的视轴稳定技术 |
| 3.1 间接稳定性能分析 |
| 3.1.1 间接稳定原理 |
| 3.1.2 匹配滤波 |
| 3.1.3 微分测速噪声 |
| 3.2 基于自抗扰控制的视轴稳定方法 |
| 3.2.1 自抗扰控制原理 |
| 3.2.2 改进自抗扰控制 |
| 3.3 基于扰动观测原理的噪声观测器 |
| 3.3.1 自抗扰控制直接加滤波器存在的问题 |
| 3.3.2 扰动观测器原理 |
| 3.3.3 噪声观测器 |
| 3.3.4 噪声观测器控制系统的鲁棒稳定性分析 |
| 3.4 试验结果与分析 |
| 3.4.1 仿真分析 |
| 3.4.2 实验验证 |
| 3.4.3外场实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于鲁棒降阶自抗扰控制的视轴稳定技术 |
| 4.1 降阶自抗扰控制的理论依据 |
| 4.2 改进降噪扰动观测器 |
| 4.3 改进降噪扰动观测器控制系统的鲁棒稳定性分析 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.4.1 仿真分析 |
| 4.4.2 实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 带有滑模组件的自抗扰位置控制技术 |
| 5.1 基于系统输出微分的扩张状态观测器 |
| 5.1.1 基于系统输出微分的扩张状态观测器的提出 |
| 5.1.2 两种扩张状态观测器的比较 |
| 5.2 基于总和扰动估计微分的扩张状态观测器 |
| 5.3 带有滑模组件的反馈控制律 |
| 5.3.1 滑模控制基本原理 |
| 5.3.2 滑模组件的设计 |
| 5.4 实验结果与分析 |
| 5.4.1 仿真分析 |
| 5.4.2 实验验证 |
| 5.5 本章小节 |
| 第6章 基于预测结构扩张状态观测器的跟踪控制技术 |
| 6.1 延时对跟踪控制性能的影响 |
| 6.2 预测结构扩张状态观测器 |
| 6.2.1 经典状态预测算法 |
| 6.2.2 改进状态预测算法 |
| 6.2.3 基于扩张状态观测器的状态预测算法 |
| 6.2.4 预测算法的分析 |
| 6.3 实验结果与分析 |
| 6.3.1 仿真分析 |
| 6.3.2 实验验证 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 论文主要创新点 |
| 7.3 现阶段存在问题及工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）舰载激光通信视轴稳定控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究的背景及意义 |
| 1.1.1 无线激光通信技术概述 |
| 1.1.2 舰载激光通信控制技术概述 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 激光通信技术研究现状 |
| 1.2.2 舰载激光通信视轴稳定技术研究现状 |
| 1.3 激光通信视轴稳定关键技术 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第2章 高精度转台伺服控制技术研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 激光通信粗跟踪伺服转台模型辨识 |
| 2.2.1 系统频域特性测试方法 |
| 2.2.2 系统频域特性测试实验 |
| 2.2.3 系统模型辨识 |
| 2.3 经典控制技术研究 |
| 2.3.1 经典PID控制技术 |
| 2.3.2 频域校正补偿技术 |
| 2.4 滑模控制技术概述 |
| 2.4.1 滑模控制技术概述 |
| 2.4.2 滑模控制基本理论 |
| 2.5 新型趋近律算法的滑模控制技术 |
| 2.5.1 具有扰动估计的新型无抖振趋近律算法 |
| 2.5.2 新型无抖振滑模控制器稳定性证明 |
| 2.5.3 滑动模态仿真 |
| 2.6 基于新型滑模控制器的伺服控制技术研究 |
| 2.6.1 转速阶跃响应实验 |
| 2.6.2 正弦引导实验 |
| 2.6.3 频域特性测试实验 |
| 2.6.4 实验小结 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 船摇姿态视轴扰动初级隔离技术 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 舰载环境下姿态扰动补偿技术概述 |
| 3.2.1 控制技术概述 |
| 3.2.2 控制技术要求 |
| 3.3 舰船运动分析及姿态扰动模型 |
| 3.3.1 舰船运动对视轴对准精度的影响 |
| 3.3.2 舰船前进运动 |
| 3.3.3 舰船横漂运动 |
| 3.3.4 舰船起伏运动 |
| 3.3.5 舰船运动对视轴脱靶量的影响 |
| 3.4 海浪摇摆动力学分析及姿态扰动模型 |
| 3.4.1 姿态动力学坐标系 |
| 3.4.2 姿态定义及姿态转移矩阵 |
| 3.4.3 舰船摇摆视轴扰动角度位置模型 |
| 3.4.4 舰船摇摆视轴扰动旋转角速度模型 |
| 3.5 视轴扰动仿真实验 |
| 3.5.1 视轴扰动角度模型仿真 |
| 3.5.2 视轴扰动旋转角速度仿真 |
| 3.5.3 基于姿态前馈补偿的视轴稳定仿真 |
| 3.6 基于六自由摇摆台的目标光斑跟踪实验 |
| 3.6.1 摇摆台单自由度旋转下目标跟踪实验 |
| 3.6.2 等效五级海况下目标跟踪实验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 视轴稳定控制技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 控制技术概述 |
| 4.2.1 控制技术概述 |
| 4.2.2 控制技术要求 |
| 4.3 速度闭环等效模型 |
| 4.4 位置环控制器算法设计及证明 |
| 4.4.1 控制系统数学定义 |
| 4.4.2 新型快速无抖振滑模控制器 |
| 4.4.3 扰动估计算法收敛性证明 |
| 4.4.4 趋近律稳定性证明 |
| 4.5 仿真技术 |
| 4.5.1 趋近运动仿真分析 |
| 4.5.2 新型滑模控制算法参数通用整定方法 |
| 4.5.3 受扰系统滑模控制算法性能仿真 |
| 4.6 等效海况环境下的激光视轴对准粗跟踪实验 |
| 4.6.1 实验方案概述 |
| 4.6.2 等效海况下视轴稳定控制实验 |
| 4.6.3 等效海况下动态目标跟踪实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 脱靶量数据滞后补偿技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 脱靶量数据滞后的原因及其影响分析 |
| 5.2.1 脱靶量数据滞后原因分析 |
| 5.2.2 脱靶量数据滞后对控制系统的影响分析 |
| 5.3 脱靶量时滞补偿技术 |
| 5.3.1 数据滞后补偿技术概述 |
| 5.3.2 激光通信脱靶量滞后补偿控制方案 |
| 5.4 目标光斑运动模型 |
| 5.5 预测滤波算法研究 |
| 5.5.1 预测滤波算法研究进展 |
| 5.5.2 自适应卡尔曼算法研究 |
| 5.6 自适应卡尔曼滤波器算法仿真 |
| 5.6.1 阶跃响应仿真曲线 |
| 5.6.2 正弦引导跟踪仿真曲线 |
| 5.6.3 频域特性测试仿真曲线 |
| 5.7 舰载激光通信视轴稳定脱靶量滞后补偿实验 |
| 5.7.1 脱靶量滞后时间周期测量实验 |
| 5.7.2 脱靶量数据滞后补偿实验 |
| 5.7.3 视轴高精度稳定控制实验 |
| 5.7.4 系统抗扰动能力测试实验 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文研究内容总结 |
| 6.2 本文创新点总结 |
| 6.3 课题研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）光电跟踪系统的位置伺服控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 光电跟踪系统的研究现状 |
| 1.2.1 光电跟踪系统的国外研究现状 |
| 1.2.2 光电跟踪系统的国内研究现状 |
| 1.3 位置伺服控制策略的研究现状 |
| 1.4 本文研究的主要内容及章节安排 |
| 第2章 光电跟踪位置伺服系统的方案设计 |
| 2.1 光电跟踪系统的结构、原理和位置伺服控制要求 |
| 2.2 位置伺服控制系统结构和原理 |
| 2.3 设备选型和理论计算 |
| 2.3.1 伺服控制器的选型 |
| 2.3.2 伺服电机的选型 |
| 2.3.3 伺服驱动器的选型 |
| 2.3.4 测角元件的选择 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 PMSM的数学模型与位置PID控制 |
| 3.1 PMSM的结构 |
| 3.2 PMSM的数学模型 |
| 3.3 矢量控制原理 |
| 3.4 基于PID的永磁同步电机位置控制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 光电跟踪系统的位置控制策略研究 |
| 4.1 RBF神经网络 |
| 4.1.1 RBFNN的结构 |
| 4.1.2 RBF神经网络的学习过程 |
| 4.1.3 BRF神经网络PID控制 |
| 4.2 自适应混沌蚁群算法 |
| 4.2.1 蚁群算法的起源 |
| 4.2.2 蚁群算法的思想和数学模型 |
| 4.2.3 蚁群算法优化RBFNN |
| 4.2.4 蚁群算法的优化——自适应混沌蚁群算法 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 系统仿真与试验验证 |
| 5.1 Matlab/Simulink建模与仿真结果 |
| 5.2 硬件设计 |
| 5.3 软件设计 |
| 5.4 试验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 前景和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读研究生期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（9）基于双重复合轴结构的舰载光电跟踪系统控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景与意义 |
| 1.2 相关领域的研究概况 |
| 1.2.1 光电跟踪系统的国内外研究概况 |
| 1.2.2 光电跟踪系统中滤波算法的研究概况 |
| 1.2.3 光电跟踪系统中复合轴控制技术的研究概况 |
| 1.3 本文主要研究内容与章节安排 |
| 2 光电跟踪复合轴系统的设计与建模 |
| 2.1 双重复合轴光电跟踪系统的原理与设计 |
| 2.1.1 双重复合轴控制系统的原理 |
| 2.1.2 双重复合轴控制系统的设计 |
| 2.2 光电跟踪粗跟踪系统的原理与建模 |
| 2.3 光电跟踪精跟踪系统的原理与建模 |
| 2.3.1 快速反射镜的原理与建模 |
| 2.3.2 音圈电机式快速反射镜的原理与建模 |
| 2.3.3 压电陶瓷式快速反射镜的原理与建模 |
| 3 舰艇扰动解算模型 |
| 3.1 坐标系与坐标转换 |
| 3.1.1 大地坐标系 |
| 3.1.2 甲板坐标系 |
| 3.1.3 坐标转换 |
| 3.2 舰艇运动分析 |
| 3.2.1 舰艇转动运动的影响分析 |
| 3.2.2 舰艇平移运动的影响分析 |
| 3.3 舰艇摇摆姿态分析与扰动解算模型 |
| 3.3.1 舰艇摇摆姿态转换矩阵 |
| 3.3.2 视轴扰动角位移模型 |
| 3.3.3 视轴扰动角速度模型 |
| 3.4 舰艇扰动解算模型的仿真验证 |
| 4 粗跟踪系统的控制方法研究 |
| 4.1 粗跟踪系统控制技术原理介绍 |
| 4.1.1 复合控制技术原理 |
| 4.1.2 基于等效复合控制的共轴跟踪技术原理 |
| 4.2 目标状态预测及目标跟踪滤波算法 |
| 4.2.1 目标运动模型 |
| 4.2.2 目标跟踪滤波算法 |
| 4.3 基于改进容积卡尔曼滤波算法的目标状态预测 |
| 4.3.1 坐标系及目标模型选择 |
| 4.3.2 ICKF算法实现过程 |
| 4.4 仿真实验及结果分析 |
| 4.4.1 参数设定 |
| 4.4.2 仿真实验及数值分析 |
| 5 精跟踪系统的控制方法研究 |
| 5.1 压电陶瓷驱动的快速反射镜的自适应反演滑模控制 |
| 5.1.1 自适应反演滑模控制器设计 |
| 5.1.2 仿真数值分析 |
| 5.2 音圈电机驱动的快速反射镜控制器设计 |
| 5.3 基于ABSM控制器的精跟踪系统仿真及数值分析 |
| 6 三种典型导弹的跟踪仿真 |
| 6.1 反舰导弹航路模拟 |
| 6.2 基于共轴跟踪的双重复合轴系统仿真分析 |
| 6.2.1 参数设定 |
| 6.2.2 结果分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（10）反作用轮实现微纳卫星光电跟踪物理仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 反作用轮发展现状 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内发展现状 |
| 1.3 反作用轮控制系统关键技术研究现状 |
| 1.3.1 反作用轮摩擦力矩补偿方法的研究现状 |
| 1.3.2 基于反作用轮卫星姿态机动控制算法研究现状 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第2章 物理仿真系统的设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理仿真系统组成及其说明 |
| 2.2.1 物理仿真系统组成 |
| 2.2.2 各部分功能说明 |
| 2.3 一维运动靶标的设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 物理仿真系统的建模与干扰分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统建模 |
| 3.2.1 反作用轮系统建模 |
| 3.2.2 微纳卫星光电跟踪物理仿真系统建模 |
| 3.3 干扰力矩分析 |
| 3.3.1 内部干扰力矩分析 |
| 3.3.2 外部干扰力矩分析 |
| 3.4 系统噪声分析 |
| 3.4.1 整星角位置测量噪声 |
| 3.4.2 整星测速噪声 |
| 3.4.3 反作用轮测速噪声 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 控制系统设计与仿真 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 反作用轮控制系统设计 |
| 4.2.1 反作用轮电流环设计 |
| 4.2.2 反作用轮速度环设计 |
| 4.3 微纳卫星光电跟踪控制系统设计 |
| 4.3.1 速度环设计 |
| 4.3.2 位置环设计 |
| 4.4 仿真分析 |
| 4.4.1 反作用轮控制系统仿真 |
| 4.4.2 整星控制系统仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 软硬件设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统硬件平台 |
| 5.2.1 反作用轮及其驱动电路 |
| 5.2.2 单轴气浮台 |
| 5.2.3 跟踪控制单元 |
| 5.2.4 各类传感器 |
| 5.2.5 运动靶标 |
| 5.3 系统软件设计 |
| 5.3.1 控制软件实现 |
| 5.3.2 上位机软件实现 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 实验结果与数据分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 系统参数描述 |
| 6.3 转动惯量测量实验 |
| 6.4 反作用轮加减速实验 |
| 6.5 外部干扰力矩测量实验 |
| 6.6 整星速度环实验 |
| 6.7 位置环实验 |
| 6.8 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文主要工作 |
| 7.2 论文不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计（论文参考文献）
- [1]基于新型三轴光学靶标的内场轨迹实现技术研究[D]. 王光. 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), 2021(08)
- [2]基于高精度辨识的车载跟瞄转台伺服系统研究[D]. 吴忠明. 长春理工大学, 2021(02)
- [3]光电成像系统稳定成像与运动补偿控制的研究[D]. 王义敏. 内蒙古科技大学, 2020(01)
- [4]运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究[D]. 任维. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(02)
- [5]复杂背景下反无人机的智能光电搜索跟踪技术研究[D]. 林俤. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [6]机载星跟踪器稳定跟踪技术研究[D]. 王帆. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(08)
- [7]舰载激光通信视轴稳定控制技术研究[D]. 张建强. 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), 2020(08)
- [8]光电跟踪系统的位置伺服控制[D]. 王慧芬. 中北大学, 2020(11)
- [9]基于双重复合轴结构的舰载光电跟踪系统控制方法研究[D]. 刘禹铭. 南京理工大学, 2020(01)
- [10]反作用轮实现微纳卫星光电跟踪物理仿真[D]. 陶俊明. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(03)