具有目的域的光電穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)滿(mǎn)意控制策略.pdf

1、光電測(cè)量裝置是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中獲取信息的重要手段。各種裝載于運(yùn)動(dòng)載體上的光電設(shè)備，必須考慮探測(cè)器視軸對(duì)基座運(yùn)動(dòng)的隔離，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)被測(cè)目標(biāo)的精密跟蹤、激光的高精度照準(zhǔn)或是光電對(duì)抗中光束的精確定向等要求，具有上述功能的光電設(shè)備被稱(chēng)為穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)。本文通過(guò)引入“目的域”這一全新概念，將穩(wěn)定跟蹤的控制過(guò)程區(qū)分為跟蹤與丟失兩類(lèi)事件，并以此作為研究出發(fā)點(diǎn)，深入分析其中涌現(xiàn)出的理論與實(shí)踐問(wèn)題，完成的主要工作包括：
　　 1.運(yùn)用剛體機(jī)構(gòu)學(xué)原

2、理，分別從角位置補(bǔ)償和角速度補(bǔ)償?shù)慕嵌韧茖?dǎo)了實(shí)現(xiàn)視軸穩(wěn)定的機(jī)理，分析了自動(dòng)跟蹤狀態(tài)下系統(tǒng)的工作原理，并給出了兩軸環(huán)架結(jié)構(gòu)中存在的一般問(wèn)題與解決方法；在考慮環(huán)架結(jié)構(gòu)間耦合因素的基礎(chǔ)上，建立了執(zhí)行穩(wěn)定跟蹤任務(wù)的機(jī)電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；概述了光電穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的誤差及其主要來(lái)源，通過(guò)結(jié)構(gòu)框圖和傳遞函數(shù)分析了各誤差源的作用途徑，并借助噪聲白化理論，構(gòu)建了穩(wěn)定跟蹤控制問(wèn)題的一般理論框架。
　　 2.將穩(wěn)定跟蹤誤差分析由空間域延展為時(shí)空域，

3、以均值、均方差、自然頻率為基本元素給出了誤差序列對(duì)指定目的域的穿越特性，進(jìn)而提煉出跟蹤中斷概率這一穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵性指標(biāo)，并將其轉(zhuǎn)化為一組由滯留時(shí)間、超差時(shí)間以及隨機(jī)穿越周期等構(gòu)成的概率特征量指標(biāo)集約束。
　　 3.直接從工程實(shí)際需求出發(fā)，提出以區(qū)域極點(diǎn)形式表征的快速性指標(biāo)、動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)或品質(zhì)因數(shù)形式表征的準(zhǔn)確度指標(biāo)、穩(wěn)態(tài)方差形式表征的精確度指標(biāo)，擾動(dòng)抑制H∞范數(shù)形式表征的魯棒性指標(biāo)以及概率特征量和統(tǒng)計(jì)特征量形式表征的隨機(jī)穿越

4、特征指標(biāo)描述穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的性能要求；分別基于狀態(tài)反饋控制和PID控制，推導(dǎo)出特定目的域下隨機(jī)穿越特征量指標(biāo)的解析表達(dá)，分析了其與不同性能指標(biāo)間的相容性；當(dāng)預(yù)先選定的期望指標(biāo)集相容時(shí)，提出了一種利用雙群體機(jī)制下的差分進(jìn)化算法和線(xiàn)性矩陣不等式方法相結(jié)合對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行多指標(biāo)滿(mǎn)意優(yōu)化求解的策略。
　　 4.針對(duì)某分布式火控系統(tǒng)中光電觀(guān)瞄子系統(tǒng)的實(shí)際情況，探討了利用光電設(shè)備對(duì)基座姿態(tài)信息進(jìn)行視覺(jué)估計(jì)測(cè)量的方法，以地面上共面設(shè)置的四個(gè)固定

5、合作信標(biāo)和載體平臺(tái)上雙焦CCD攝像機(jī)組成單目視覺(jué)系統(tǒng)，分析了利用靜態(tài)解析算法對(duì)姿態(tài)角進(jìn)行解算時(shí)的可行性與不足；提出采用剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)原理與二階時(shí)間相關(guān)模型建立姿態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)估計(jì)系統(tǒng)，并引入漸消記憶法改進(jìn)后的平方根UKF濾波算法，用于抑制由于系統(tǒng)建模誤差所導(dǎo)致的估計(jì)精度下降。
　　 5.搭建了基于嵌入式微處理器的觀(guān)瞄子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，簡(jiǎn)要介紹了伺服控制器的主要硬件模塊和軟件設(shè)計(jì)流程；依據(jù)不同的控制任務(wù)要求，設(shè)計(jì)了多種性能指標(biāo)約束下的分段