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基于双速度环观测器的光电平台稳定方法

高文锐 崔慧敏 尹奎英 赵菁菁

高文锐, 崔慧敏, 尹奎英, 赵菁菁. 基于双速度环观测器的光电平台稳定方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(5): 1168-1176. doi: 10.37188/CO.2023-0048
引用本文: 高文锐, 崔慧敏, 尹奎英, 赵菁菁. 基于双速度环观测器的光电平台稳定方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(5): 1168-1176. doi: 10.37188/CO.2023-0048
GAO Wen-rui, CUI Hui-min, YIN Kui-ying, ZHAO Jing-jing. Stabilization method of photoelectric platform based on double speed loop observer[J]. Chinese Optics, 2023, 16(5): 1168-1176. doi: 10.37188/CO.2023-0048
Citation: GAO Wen-rui, CUI Hui-min, YIN Kui-ying, ZHAO Jing-jing. Stabilization method of photoelectric platform based on double speed loop observer[J]. Chinese Optics, 2023, 16(5): 1168-1176. doi: 10.37188/CO.2023-0048

基于双速度环观测器的光电平台稳定方法

doi: 10.37188/CO.2023-0048
基金项目: 国家自然科学基金(No. 61903044)
详细信息
    作者简介:

    高文锐(1990—),男,辽宁盘锦人,博士,工程师,2021年于哈尔滨工业大学获得博士学位,主要从事地面无人系统和自主环境导航方面的研究。E-mail:kangyuan45@126.com

    崔慧敏(1990—),女,河南商丘人,博士,高级工程师,2018年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事高精度光束控制和无人系统方面的研究。E-mail:cui_huimin2012@126.com

  • 中图分类号: TP23;TP273.5

Stabilization method of photoelectric platform based on double speed loop observer

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61903044)
More Information
  • 摘要:

    本文设计了一种可以使光电伺服平台对目标对象进行高精度、稳定追踪的基于双速度环的扰动观测器,可以消除光电平台内部摩擦力矩、外部载体扰动以及传感器噪声的影响,提升系统的动态响应性能。首先,根据直流电机工作原理与负载模型,建立双速度环的数学控制模型。接着,通过分析多类型传感器的速度信号频谱和响应性能,选择噪声和延时较小的圆光栅代替传统测速设备,作为速度控制内环;同时选择光纤陀螺作为速度外环的反馈设备。然后,基于陀螺速度信号设计扰动观测器,对内速度环中的扰动补偿残差和外部载体扰动信号进行观测,并进行前馈信号补偿。实验结果表明,双速度环观测器的控制方法可以将系统调节时间降至原来的45%,在不同幅值(0.25°~2°)和频率(0.25 Hz~2 Hz)的正弦扰动信号下,该方法均能显著提高系统的扰动抑制能力,并将系统隔离度由原来的20.9 dB提升至30 dB。本文所提出的基于双速度环扰动观测器的控制方法满足光电跟踪平台快速响应、跟踪稳定、抗干扰能力强等要求。

     

  • 图 1  系统控制结构框图

    Figure 1.  Block diagram of system control structure

    图 2  系统数学模型框图

    Figure 2.  Block diagram of system mathematical model

    图 3  基于双速度环观测器的数学模型框图

    Figure 3.  Block diagram of mathematical model based on double speed loop observer

    图 4  各传感器信号和频谱对比图

    Figure 4.  Comparison of signas and spectra of various sensors

    图 5  阶跃响应曲线对比图

    Figure 5.  Comparison charts of step response curves

    图 6  正弦响应曲线对比图

    Figure 6.  Comparison of sinusoidal response curves

    图 7  不同实验条件下的抗扰动能力

    Figure 7.  Anti-disturbance abilities under different experiment conditions

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-24
  • 修回日期:  2023-04-24
  • 网络出版日期:  2023-07-12

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