库德式跟瞄转台伺服系统低速性能研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kelong18433
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光电跟瞄转台对目标光束快速、稳定及精确地对准、捕获、跟踪(Point、Acquisition and Tracking,PAT)是空间激光通信建链的重要前提,星间激光系统有着通信链路长、激光束散角小的特点,且通信终端均为慢速运动系统,其低速性能受摩擦干扰、电机波动力矩以及量化环节影响等因素影响较大,稳定链路难以维持。本文以轻小型化的库德式激光通信跟瞄转台作为研究对象,主要从摩擦干扰的影响,探究其对低速性能的影响并改善跟瞄转台伺服系统的低速性能,实现转台对慢速变化的目标光束稳定、精确跟踪,改善视轴精度,对激光通信系统具有重要价值。针对跟瞄转台的性能指标要求,制定转台伺服系统的研制方案,对伺服系统的主要器件如执行电机、反馈光栅编码器以及图像探测器进行选型,并对库德光路系统建模分析,推导探测器测角跟踪模型。对影响低速性能的摩擦干扰、量化环节影响以及波动力矩进行仿真或分析,并给出低速性能的评价指标。针对摩擦干扰造成转台在零速附近的低速性能恶化,采用摩擦模型前馈补偿进行改善,为得到精确的Stribeck摩擦模型参数,运用差分进化算法进行曲线拟合辨识;针对参数辨识存在误差,以及系统受到的其他干扰因素的影响,在位置环引入模糊自适应PID,实时调整P、I、D参数,经仿真验证摩擦模型前馈与模糊自适应PID算法对低速性能有良好的改善效果。对跟瞄转台的伺服控制系统进行硬件设计,以及电机三闭环与基于测角模型的图像跟踪闭环的控制策略设计。搭建实验平台进行测试,测试在频率0.16Hz幅值0.1°的外部扰动下,摩擦补偿后转台的低速跟踪精度约16.12rad,优于系统设计指标100μrad,达到激光通信建链对于跟瞄转台的需求。同时,通过视场内捕获实验与最小平滑速率实验,验证测角跟踪模型、前馈模型补偿对低速稳定性的改善。
其他文献
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