光电跟踪系统低速平稳性技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李拥军 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-06-05 |
| 授予单位 | 中国科学院光电技术研究所 |
| 授予地点 | 光电技术研究所 |
| 导师 | 杨文淑 |
| 关键词 | 光电跟踪系统 低速 摩擦力矩 LuGre模型 补偿 光电编码器 FIR电机波动力矩 自抗扰控制器 |
| 其他题名 | Study On the Low-Velocity Stability of Opto-electronic Tracking System |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 随着精密跟踪技术的发展，对光电跟踪系统性能和精度的需求越来越高。而对于应用于深空探测领域的光电经纬仪，其大部分时间工作在低速或极低速的状态下。所以，其低速平稳性是系统跟踪精度得以保证的关键。研究表明，摩擦力矩、测速精度、电机波动力矩是影响光电跟踪转台系统低速平稳性与跟踪精度的主要因素。 本论文首先介绍了摩擦力矩产生机理，各种摩擦力矩的模型，并主要针对非线性摩擦力矩对转台的影响：“爬行”现象，采用PID校正时引起极限环现象等作了定性和定量分析；并将摩擦力矩引入光电跟踪转台系统，着重分析了其对转台系统速度精度和定位精度的影响。 为了克服非线性摩擦力矩对转台系统精度影响，分别采用固定前馈补偿方法、基于观测器的自适应补偿方法、积分反馈补偿方法对其进行补偿，提高系统精度。并着重介绍了积分反馈控制器的设计方法，采用Lyapunov稳定性理论和拉萨尔一般不变性原理加以证明。仿真分析结果表明，这三种方法可以抑制非线性摩擦力矩影响，提高系统低速平稳性和精度。 为了验证摩擦补偿算法真实效果，在实际转台系统中进行验证。首先确定系统参数，采用频域分析方法确定转台系统的转动惯量；并采用时域与频域相结合方法测量摩擦模型的参数。结合测量结果，将固定前馈补偿、基于观测器的自适应补偿方法在DSP中实现，对摩擦进行补偿，补偿前后对比实验曲线表明补偿算法可以有效提高系统低速精度。 另外，由于现有光电跟踪系统一般采用光电编码器测速。在使用绝对式光电编码器差分测速时，会引入差分噪声，对速度信号有极大影响。由于实时控制系统时序要求严格，提出采用具有线性相位的FIR滤波器对差分得到的速度信号进行处理，并采用最小二乘外推，补偿延时。为了提高速度，FIR在FPGA中采用DA（分布式算法）实现。结果表明，在低速场合该方法可以提高速度精度。 电机波动力矩由齿槽效应或电机系统的制造工艺引起，其存在会破坏系统低速平稳性。提出将自抗扰控制技术引入光电跟踪转台系统，抑制电机波动力矩的不良影响。通过合理设计跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制器等环节组合成自抗扰控制器，并在带有电机波动力矩的光电跟踪转台系统中进行仿真分析。结果表明，自抗扰控制器可以抑制电机波动力矩的影响，提高系统低速精度。 本论文针对影响光电跟踪转台系统低速平稳性和跟踪精度的三种主要因素，结合工程实际，提出了一些针对性强的思路和方案，为提高系统低速平稳性提供了理论支持和实践参考。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-11-19 |
| 页码 | 104 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/351]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李拥军. 光电跟踪系统低速平稳性技术研究[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：光电技术研究所
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