光电跟踪伺服系统智能控制研究

论文摘要

光电跟踪技术在高精度武器装备和高精度工业控制中得到了越来越广泛的应用,如何提高光电跟踪系统的性能越来越受到国内外有关研究人员的重视,特别是在空载或舰载运动平台上的高精度光电跟踪系统受到视场角、载体扰动、视频跟踪技术、摄像机成像技术等因素的制约,具有典型的滞后、变结构等非线性特性。对光电跟踪系统的组成和主要控制部件的特性分别进行了研究,分析了稳定系统速率陀螺的特性;分析了视频跟踪器的硬件组成、去噪技术和软件跟踪算法以及跟踪算法的特性和数学模型;在建立稳定平台控制系统的组成框图的基础上,对稳定系统控制算法进行了仿真分析和研究,得到了高精度稳定系统的控制器。在光电信号转换过程中,受到大气、光学系统、摄像机噪声等因素的影响,目标的成像位置、成像大小以及成像信号的幅度等输出特性均随时间发生变化,通过对电视摄像机成像技术和特点进行深入分析,得到适用于电视位置跟踪系统设计过程的电视摄像机数学模型。设计了光电跟踪系统的控制器,并通过仿真对比了不同视频跟踪算法、不同滞后时间以及不同摄像机场频的电视位置跟踪系统的性能,仿真结果说明,改进视频跟踪算法,减小滞后时间能提高电视跟踪系统的性能;对进一步提高电视位置跟踪系统的性能的措施和途径进行了初步探讨和分析。在引入预测控制算法的基础上,推导了光电跟踪系统的广义预测控制算法,并对其进行了仿真分析。在方案、结构、硬件电路、软件设计和仿真的基础上,实现了光电跟踪伺服系统的工程样机,经室内试验和外场试验结果表明,智能控制算法能有效提高光电跟踪伺服系统的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究意义及背景
• 1.2 空载平台的稳定性需求
• 1.3 光电跟踪系统的特点
• 1.4 国内外研究现状及存在的问题
• 1.5 本文的主要工作
• 1.5.1 空载平台光电跟踪系统组成与结构研究
• 1.5.2 光电跟踪系统模型和特性研究
• 1.5.3 光电跟踪系统控制算法的研究
• 1.5.4 智能光电跟踪系统控制算法的研究
• 第2章 光电跟踪系统结构方案
• 2.1 光电跟踪系统组成
• 2.2 工作原理
• 2.3 主要控制部件
• 2.3.1 摄像机
• 2.3.2 速率陀螺仪
• 2.4 稳定平台结构
• 2.5 控制器的硬件组成
• 2.5.1 信号处理系统
• 2.5.2 通讯接口模块
• 2.5.3 驱动系统
• 2.5.4 输入输出转换电路
• 2.6 本章小结
• 第3章 视频跟踪技术
• 3.1 视频跟踪器原理
• 3.1.1 对比度视频跟踪器
• 3.1.2 相关视频跟踪器
• 3.1.3 综合视频跟踪器
• 3.2 视频跟踪器硬件实现
• 3.2.1 视频跟踪器硬件组成
• 3.2.2 DSP特点
• 3.3 视频图像去噪及跟踪算法
• 3.3.1 视频图像去噪技术
• 3.3.2 视频跟踪算法
• 3.4 波门跟踪系统模型
• 3.4.1 对比度跟踪模型
• 3.4.2 相关跟踪模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 光电跟踪伺服系统控制器设计
• 4.1 稳定系统设计
• 4.1.1 稳定系统组成
• 4.1.2 环节特性
• 4.1.3 固有特性
• 4.1.4 稳定系统控制器设计
• 4.2 跟踪系统设计
• 4.2.1 跟踪系统组成
• 4.2.2 跟踪系统环节特性
• 4.2.3 固有特性
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 光电跟踪器的跟踪算法
• 4.3.2 延迟时间
• 4.3.3 电视摄像机帧频
• 4.4 本章小结
• 第5章 光电跟踪系统智能控制方法
• 5.1 预测控制的基本算法
• 5.1.1 预测模型
• 5.1.2 滚动优化
• 5.1.3 闭环传递函数
• 5.2 光电跟踪系统的预测控制
• 5.3 仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统实现及试验结果
• 6.1 工程样机
• 6.2 室内试验结果
• 6.3 室外试验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历