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面向高精度光电跟踪系统的非线性抗干扰控制方法研究

发布时间:2025-07-02 01:56
  光电跟踪系统广泛应用于电子对抗、导弹制导等军事领域以及消防、环境监控等民用领域,如何在运动载体上实现对机动目标的快速捕获和高精度跟踪一直是光电跟踪系统研究的重点内容。由于系统中存在着多种影响目标跟踪性能的因素,如轴系间交叉耦合力矩、质量不平衡力矩、摩擦力矩、外部阻力、参数不确定性、未知目标深度信息等,高性能光电跟踪系统的开发是一项极具挑战性的任务。本文围绕运动载体上光电跟踪系统的视轴稳定技术和视觉伺服技术展开研究,首先分别从机械结构、控制结构、电控单元、视觉单元等方面对两轴光电跟踪系统的基本组成和工作原理进行详细介绍,利用牛顿-欧拉理论推导了惯性稳定系统的耦合动力学模型,应用透视投影理论建立了视觉伺服系统的运动学模型。分析了影响视轴稳定精度和目标跟踪精度的不确定因素,结合滑模控制理论、自抗扰控制理论和模型预测控制理论的设计思想,重点从以下三个方向展开研究:(1)为了降低惯性稳定平台中时变多源干扰对视轴稳定精度的影响,提出一种基于高阶扩张状态观测器的滑模解耦控制方法。首先,基于主动抗干扰的设计思想,将惯性稳定平台中受到的质量不平衡力矩、交叉耦合力矩、摩擦力矩、外部阻力等多源干扰等效为集总扰...

【文章页数】:134 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外光电跟踪系统发展动态
    1.3 光电跟踪系统控制技术研究现状
        1.3.1 视轴稳定控制研究现状
        1.3.2 视觉伺服控制研究现状
    1.4 本文研究难点
    1.5 本文章节安排
第二章 基本理论与概念
    2.1 引言
    2.2 滑模控制
        2.2.1 数学描述
        2.2.2 传统滑模控制方法
        2.2.3 高阶滑模控制方法
    2.3 自抗扰控制
        2.3.1 控制结构
        2.3.2 数学描述
        2.3.3 线性扩张状态观测器
    2.4 模型预测控制
        2.4.1 数学描述
        2.4.2 离散模型预测控制
    2.5 本章小结
第三章 光电跟踪系统设计与建模
    3.1 引言
    3.2 系统设计
        3.2.1 设计指标
        3.2.2 机械组件
        3.2.3 电控系统
        3.2.4 视觉系统
        3.2.5 控制结构
        3.2.6 实物搭建
    3.3 惯性稳定平台建模
        3.3.1 坐标系及符号说明
        3.3.2 俯仰框和方位框动力学模型
        3.3.3 永磁直流力矩电机模型
    3.4 视觉伺服系统建模
        3.4.1 相关性质
        3.4.2 坐标系及符号说明
        3.4.3 运动学模型
    3.5 本章小结
第四章 基于高阶扩张状态观测器和滑模的惯性稳定平台解耦控制
    4.1 引言
    4.2 模型分析与问题描述
    4.3 控制器设计
        4.3.1 传统扩张状态观测器
        4.3.2 高阶扩张状态观测器
        4.3.3 输出反馈滑模控制
        4.3.4 控制器实现
    4.4 实验结果
        4.4.1 单轴无刷直流电机平台实验
        4.4.2 两轴惯性稳定平台实验
    4.5 本章小结
第五章 基于积分型连续终端滑模的惯性稳定平台有限时间控制
    5.1 引言
    5.2 模型分析与问题描述
    5.3 控制器设计
        5.3.1 传统终端滑模控制
        5.3.2 高阶滑模观测器
        5.3.3 积分型连续终端滑模控制
    5.4 仿真结果
    5.5 实验结果
        5.5.1 参数调节
        5.5.2 性能比较
    5.6 本章小结
第六章 基于扰动观测器和模型预测的鲁棒视觉伺服控制
    6.1 引言
    6.2 模型分析与问题描述
    6.3 控制器设计
        6.3.1 输出预测方程
        6.3.2 扰动观测器设计
        6.3.3 代价函数设计
        6.3.4 滚动时域优化
        6.3.5 稳定性分析
    6.4 实验结果
        6.4.1 参数选取
        6.4.2 性能比较
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读博士学位期间的研究成果



本文编号:4055044

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