伺服控制技术在舰船光电跟踪系统的应用研究与优化

在舰船防空系统中,光电设备是最为重要的组成部分之一,具有不可替代的作用。为了使光电设备的作用得以最大限度的发挥,需要为其配备高性能的控制系统,即伺服控制系统。由于伺服控制能够对变化量进行有效控制,从而满足舰载光电跟踪系统的控制要求。鉴于此,从光电跟踪系统的构成和伺服控制系统2个方面,对舰载光电跟踪系统进行分析,在此基础上,对伺服控制技术在船载光电跟踪系统中的应用与优化进行论述。     

基于嵌入式控制的舰载光电跟踪系统稳定性研究

船舶的稳定控制离不开导航系统和自动控制系统配合,更加先进的控制系统中,包含了基于光电跟踪系统的稳定设备。在光电跟踪系统中,包含了众多的传感器件,在方位数据的采集方面要求整个系统能够及时响应,因此数据的处理延时要求极短,而嵌入式系统由于集成度高,时钟频率高,数据的处理速度和通信容量基本上能够满足舰船光电跟踪的要求。本文简单介绍了光电跟踪的实现原理,并建立了电机的基本模型,然后通过嵌入式反馈控制技术,加强了跟踪控制设备的稳定性,大大增强了船舶的跟踪效果。     

舰载视频高精度光电跟踪系统设计

为了提高舰载视频高精度光电跟踪系统的跟踪稳定性和抗干扰能力,提出基于DSP的舰载视频高精度光电跟踪系统设计方案。系统硬件结构主要由视频采集模块、程序加载模块、IO模块、时钟控制模块、中央处理器模块和光电跟踪控制模块组成,采用ADSP21160处理器作为视频采集模块的核心器件,进行视频信息的AD采样,将采集的视频信息经过程序加载模块进行图像处理和视频信息分析,在时钟模块中进行光电跟踪的频率控制,采用TMS320C80 DSP芯片进行光电跟踪控制系统的集成信号处理,提高光电跟踪控制的D/A分辨率,通过模块化电路设计方法,实现舰载视频高精度光电跟踪系统硬件设计和开发。测试结果表明,设计的舰载视频高精度光电跟踪系统具有很好的跟踪稳定性,光电跟踪精度较高。     

光电跟踪最优控制的简化设计

在光电实时跟踪系统中要求响应的时间短，跟踪误差小，采用速度环和位置环的串级控制是一种有效的设计方法。本文应用一种现代最优控制理论对光电系统位置环进行优化设计。根据最优跟随器的线性二次型（LQ）性能指标得出最优调节器和前置滤波器，结合实际目标的机动性和系统的限制对滤波器进行必要的简化。MATLAB仿真的结果表明，此方法设计的系统过渡时间短，跟踪精度高。     

FPGA在舰载视频光电跟踪系统的应用

近年来,舰载视频光电跟踪系统在海洋资源探测、海洋环境检测、海上救援等领域发挥着越来越重要的作用。在军事领域,舰载视频光电跟踪系统是武器装备的重要辅助设施,它能够实现对海面目标的跟踪、监控和搜索。本文对FPGA组成原理和开发设计流程进行深入研究,在此基础上,设计实现了基于FPGA的舰载跟踪系统。     

基于模糊 PID 的光电跟踪系统自适应前馈补偿控制*

为降低干扰力矩对光电跟踪系统精度的影响,提出了基于模糊 P ID的光电跟踪系统前馈补偿控制方法。首先,分析了按扰动前馈补偿的控制原理,提出了自适应前馈补偿方法;然后,对用直流力矩电机驱动的光电跟踪系统进行了建模;最后,为光电跟踪系统位置环设计了模糊PID控制器,并在此基础上设计了与之相匹配的自适应前馈补偿函数。仿真结果表明,相对于PID控制的固定前馈补偿控制器,所设计的控制器加快了反应速度,大幅提高了控制精度。     

面向水下搜救的自主水下航行器路径跟踪控制

对自主水下航行器（AUV）在执行水下搜救任务过程中遇到的三维路径跟踪控制和定点驻停问题进行研究。在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型，引入流体坐标系，设计适宜进行运动控制的三维路径跟踪控制器，并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型；基于三维视距制导律控制设计AUV的三维路径跟踪控制器，在此基础上提出一种适于水下搜救工况的AUV路径跟踪控制方法，使AUV能完成对参数化路径的跟踪和在预设目标点的驻停；同时，基于李雅普诺夫稳定性原理证明该控制器的稳定性。仿真试验结果表明，设计的控制器有效，能实现对面向水下搜救的AUV路径跟踪控制。     

考虑模型偏差和时变扰动的水下机器人轨迹跟踪控制

本文针对考虑模型不确定性和时变外界环境扰动的水下机器人轨迹跟踪问题展开研究。首先基于水下机器人水平面运动学和动力学方程,结合有限时间控制方法设计一个有限时间扰动观测器用于对总扰动进行实时估计。随后基于反步滑模控制完成带扰动观测器的轨迹跟踪控制律设计,并采用二阶滤波器对虚拟控制信号进行过滤,增设滤波补偿系统用于保证滤波信号的精度。选择高增益扰动观测器和传统反步滑模控制器分别作为扰动观测器和控制器的对比项。最后在Matlab Simulink平台中进行了轨迹跟踪仿真实验。仿真结果表明,所设计的扰动观测器能够对总扰动实现快速且准确的观测估计,且水下机器人能够对目标轨迹能实现较好的跟踪效果。本文所设计的控制器可以使水下机器人快速地跟踪上目标轨迹,且相较于传统反步滑模控制器有着更小的跟踪误差。     

基于单片机的舰载光电跟踪系统开发及稳定性研究

在现代船舶控制系统中,由于应用了大量的电气自动化设备,因此需要通过复杂的单片机控制系统进行综合管理。舰艇中一般都会安装光电跟踪设备,通过此设备来远程监控可能来袭的导弹等飞行物体,而单片机系统的响应速度也必须足够稳定,才能适应系统的要求。本文主要对舰载光电跟踪系统的工作原理进行了分析,并重点对几项关键技术进行了数学建模与优化,包括系统的隔离度分析与稳定性分析等。然后结合数学模型优化了舰载光电跟踪系统的响应速度,通过仿真优化,大大提高了整个单片机光电控制系统的稳定性,同时跟踪性能也获得了很大的改善,大大提高了物体的识别能力。     

基于相对时变跟踪点位的无人艇目标跟踪策略

[目的]无人艇（USV）进行目标跟踪时,采用相对固定跟踪点位（RFTP）策略得到的参考轨迹含有拐点,导致跟踪不稳定,针对该问题提出相对时变跟踪点位（RTTP）策略以提高跟踪的稳定性。[方法]首先,使用一阶滞后滤波对目标艇艏向变化量进行处理;然后,根据滤波后的数据设计时变跟踪点位,将目标跟踪问题转化为轨迹跟踪问题,并得到参考轨迹;最后,使用模型预测控制（MPC）方法实现对目标艇的跟踪。[结果]仿真结果表明,USV在RTTP策略下的跟踪效果更稳定,跟踪距离均方根差（RMSE）下降了28.06%,能耗降低了5.93%,且控制量更加平稳。[结论]相比传统的RFTP策略,采用RTTP策略可有效提高USV目标跟踪的稳定性,为USV的目标跟踪提供了新策略。