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基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法

申帅 张葆 李贤涛 张士涛

申帅, 张葆, 李贤涛, 张士涛. 基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 491-498. doi: 10.3788/CO.20171004.0491
引用本文: 申帅, 张葆, 李贤涛, 张士涛. 基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 491-498. doi: 10.3788/CO.20171004.0491
SHEN Shuai, ZHANG Bao, LI Xian-tao, ZHANG Shi-tao. Control scheme of aerial photoelectrical stabilized platform based on pseudo-derivative and acceleration feedback[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 491-498. doi: 10.3788/CO.20171004.0491
Citation: SHEN Shuai, ZHANG Bao, LI Xian-tao, ZHANG Shi-tao. Control scheme of aerial photoelectrical stabilized platform based on pseudo-derivative and acceleration feedback[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 491-498. doi: 10.3788/CO.20171004.0491

基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法

基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划)项目 2013AA122102

详细信息
    作者简介:

    申帅(1991-), 男, 河北保定人, 硕士研究生, 2014年于哈尔滨工业大学获得学士学位, 主要从事航空光电稳定平台视轴稳定方面的研究。E-mail:shenshuaiharry@163.com

    张葆(1966-), 男, 吉林磐石人, 研究员, 博士生导师, 1989年、1994年于长春光学精密机械学院分别获得学士、硕士学位, 2004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, 主要从事航空光电成像技术方面的研究

    通讯作者:

    张葆, E-mail:cleresky@vip.sina.com

  • 中图分类号: TP273

Control scheme of aerial photoelectrical stabilized platform based on pseudo-derivative and acceleration feedback

Funds: 

National High-tech R & D Program of China 2013AA122102

More Information
  • 摘要: 为了提高航空光电稳定平台的扰动隔离度,在传统平台的电流反馈、速度反馈、位置反馈的基础上增加了高增益加速度反馈,并利用伪微分反馈的控制技术设计出新的控制器来代替传统的速度反馈的PI控制器。实验结果表明,在模拟转台以1°、0~2.5 Hz的正弦干扰下,相对于传统的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约7.8%,扰动隔离度提高了约8.7 dB;相对于基于PI控制器和加速度反馈控制的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约2.6%,且平台的过渡过程加快。该控制系统能够有效地抑制扰动力矩的影响,具有较好的通用性和实用性。

     

  • 图 1  PI控制系统结构图

    Figure 1.  Structure diagram of PI controller

    图 2  典型PDF控制系统结构图

    Figure 2.  Structure diagram of classical PDF controller

    图 3  简化的PDF控制系统结构图

    Figure 3.  Structure diagram of the simplified PDF controller

    图 4  引入加速度反馈闭环的调速系统

    Figure 4.  Structure diagram of the speed regulating system with acceleration loop

    图 5  模拟飞机姿态变化的摇摆台

    Figure 5.  Swing table for simulation on aircraft attitude change

    图 6  传统速度反馈系统与基于PDF和加速度反馈控制系统的抗扰曲线

    Figure 6.  Disturbance-rejection curves of traditional speed feedback system and control system based on PDF and acceleration feedback

    图 7  传统速度反馈系统与基于PDF和加速度反馈控制系统的阶跃响应曲线

    Figure 7.  Step response curves of traditional speed feedback system and control system based on PDF and acceleration feedback

    图 8  基于PI和加速度反馈控制系统与基于伪PDF和加速度反馈控制系统的抗扰曲线

    Figure 8.  Disturbance-rejection curves of control system based on PI and acceleration feedback and control system based on PDF and acceleration feedback

    图 9  基于PI和加速度反馈控制系统与基于伪PDF和加速度反馈控制系统的阶跃曲线

    Figure 9.  Step response curves of control system based on PI and acceleration feedback and control system based on PDF and acceleration feedback

    表  1  基于PDF和加速度反馈控制系统相对于传统速度反馈系统扰动隔离度的提高程度

    Table  1.   Improvement of disturbance isolation degree of the control system based on PDF and acceleration feedback relative to the traditional speed feedback system

    Disturbance
    frequency/Hz
    Improvement of disturbance
    isolation degree/dB
    0.1 13.61
    0.5 12.83
    1.0 11.27
    1.5 9.91
    2.0 8.70
    2.5 10.15
    下载: 导出CSV

    表  2  基于PDF的加速度反馈控制系统扰动隔离度的提高程度(相对于基于PI)

    Table  2.   Improvement of disturbance isolation degree based on PDF relative to PI-based acceleration feedback control system

    Disturbance
    frequency/Hz
    Improvement of disturbance
    isolation degree/dB
    0.1 4.24
    0.5 3.72
    1.0 3.98
    1.5 3.84
    2.0 3.63
    2.5 4.16
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘长顺, 王兵, 陈兆兵.车载光电稳定平台外框架优化设计[J].中国光学, 2011, 4(6):606-609. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8751.shtml

    LIU CH SH, WANG B, CHEN ZH B. Optimization design of external border for vehicleopto-electronic stabilized platform[J]. Chinese Optics, 2011, 4(6):606-609. (in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8751.shtml
    [2] 刘仲宇, 张涛, 王平, 等.红外导引头稳定平台主框架拓朴优化设计[J].红外与激光工程, 2016, 45(2):218001. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201602034.htm

    LIU ZH Y, ZANG T, WANG P, et al.. Topology optimization design for main frame of infrared seeker's stabilization platform[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(2):218001. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201602034.htm
    [3] 官庆, 肖胜, 邱海华.捷联式光电稳定平台的建模与控制[J].光学与光电技术, 2015, 13(5):64-70. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD201505014.htm

    GUAN Q, XIAO SH, QIU H H. Modeling and control of strapdown photoelectric stabilized platform[J]. Optics & Optoelectronic Technology, 2015, 13(5):64-70. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD201505014.htm
    [4] 刘廷霞, 王伟国, 陈健.车载惯性平台稳定位置解算算法[J].中国光学, 2012, 5(5):537-543. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8889.shtml

    KIU Y X, WANG W G, CHEN J. Position arithmetic for a vehicular inertial stabilized platform[J]. Chinese Optics, 2012, 5(5):537-543. (in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8889.shtml
    [5] 丁策, 戴明, 李嘉全, 等.光电陀螺稳定平台的分数阶控制[J].光学精密工程, 2014, 22(2):383-389. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201402020.htm

    DING C, DAI M, LI J Q, et al.. Fractional control of stabilized platform for photoelectric gyro[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(2):383-389. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201402020.htm
    [6] 李贤涛, 张葆, 赵春蕾, 等.基于自适应的自抗扰控制技术提高扰动隔离度[J].吉林大学学报(工学版), 2015(1):202-208. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JLGY201501030.htm

    LI X T, ZH B, ZH CH L, et al.. Improve isolation degree based on adaptive active disturbance rejection controller[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2015(1):202-208. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JLGY201501030.htm
    [7] 刘攀, 邱海华.并联型光电设备稳定平台运动控制研究[J].光学与光电技术, 2013, 11(4):55-59. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD201304012.htm

    LIU P, QIU H H. Research on the motion control of the stabilized platform of the parallel type photoelectric equipment[J]. Optics & Optoelectronic Technology, 2013, 11(4):55-59. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD201304012.htm
    [8] 李贤涛, 张葆, 孙敬辉, 等.航空光电稳定平台扰动频率自适应的自抗扰控制[J].红外与激光工程, 2014, 43(5):1574-1581. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201405040.htm

    LI X T, ZH B, S J H, et al.. ADRC based on disturbance frequency adaptive of aerial photoelectrical stabilized platform[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5):1574-1581. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201405040.htm
    [9] 宋彦, 高慧斌, 张淑梅, 等.直流力矩电机力矩波动的自适应补偿控制[J].光学精密工程, 2010, 18(10):2212-2220. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201010015.htm

    SONG Y, GAO H B, ZHANG SH M, et al.. Adaptive compensation of torque ripple in DC torque motor[J]. Optics and Precision Engineering, 2010, 18(10):2212-2220. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201010015.htm
    [10] 李贤涛, 张葆, 沈宏海.基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度[J].光学精密工程, 2014, 22(8):2223-2231. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408033.htm

    LI X T, ZHANG B, SH H H. Improvement of isolation degree of aerial photoelectrical stabilized platform based on ADRC[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(8):2223-2231. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408033.htm
    [11] 黄永梅, 张桐, 马佳光, 等.高精度跟踪控制系统中电流环控制技术研究[J].光电工程, 2005, 32(1):16-19. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDGC200501004.htm

    HUANG Y M, ZHANG T, MA J G, et al.. Study on the control of a current loop in a high-accuracy tracking and control system[J]. Opto-Electronic Engineering, 2005, 32(1):16-19. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDGC200501004.htm
    [12] DE JAGER B. Acceleration assisted tracking control[J]. IEEE Control Systems, 1994, 14(5):20-27. doi: 10.1109/37.320883
    [13] ZHU W H, TRYGGVASON B, PIEDBOEUF J C. On active acceleration control of vibration isolation systems[J]. Control Engineering Practice, 2006, 14(8):863-873. doi: 10.1016/j.conengprac.2005.04.016
    [14] 孙辉.机载光电平台目标定位与误差分析[J].中国光学, 2013, 6(6):912-918. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8991.shtml

    SUN H. Target localizationand error analysis for airborne electro-optical platform[J]. Chinese Optics, 2013, 6(6):912-918. (in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8991.shtml
    [15] 魏伟, 戴明, 李嘉全, 等.航空光电稳定平台的自抗扰控制系统[J].光学精密工程, 2015, 23(8):2296-2305. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201508024.htm

    WEI W, DAI M, LI J Q, et al.. ADRC control system for airborne opto-electronic platform[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(8):2296-2305. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201508024.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-17
  • 修回日期:  2017-03-27
  • 刊出日期:  2017-08-01

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