航空相机摆扫及动态稳像控制技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 周黎 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 高晓东 ; 杨世洪 |
| 关键词 | 步进分幅式航空相机 步进电机运行曲线 4 阶轨迹规划及前馈控制 |
| 学位专业 | 光学工程 |
| 中文摘要 | 步进分幅式航空相机在垂直于载体航向的方向上的多个位置成像，扩大了相 机拍摄的覆盖范围，提高了效率，是航空相机的一个重要的发展方向。本文对分 幅式航空相机摆扫控制和稳像控制中的关键技术进行了深入的研究。 本文讨论了两种不同的航空相机控制系统：基于步进电机开环控制的航空相 机摆扫控制系统；利用编码器和速率陀螺的测量信号进行反馈，实现伺服电机闭 环控制的航空相机摆扫及稳像控制系统。 为了实现基于步进电机开环控制的高速高精度摆扫，防止由于失步带来的定 位误差，深入分析了步进电机的运行原理，建立了步进电机相电压模型并讨论了 步进电机的力矩特性。提出了一种基于正矢函数的步进电机运行曲线设计方法。 它具有高阶平滑的特性，可以有效地提高运动的平稳性，减小冲击和残余振动幅 度，防止步进电机失步。 为了在数字信号处理器平台上实现所设计的步进电机运行曲线，提出了一种 基于步进脉冲时刻精确控制的方法。将运行曲线按步距角离散化得到各个输入脉 冲时刻，利用定时器对脉冲时刻进行精确控制，使电机实际运行轨迹对理论轨迹 的逼近程度达到了最优。仿真和实验结果表明，所提出的运行曲线设计和实现方 法满足航空相机摆扫控制的要求，重复性定位精度优于10″。 在航空相机伺服控制系统中，采用了轨迹规划的思想来解决基于伺服电机的 摆扫控制问题。研究了4 阶轨迹规划算法，针对现有算法计算繁琐，效率低下的 问题，研究了一种基于轨迹分类计算的快速算法，有效减小了计算量，提高了效 率，适合实时计算。结合4 阶轨迹规划算法，研究了4 阶前馈控制技术。讨论了4 阶轨迹规划及前馈控制在数字系统中的实现问题。 研究了零相差前馈跟踪控制技术用于对设计轨迹的跟踪。不同于4 阶前馈控 制，零相差跟踪控制器直接在离散域进行设计，不受轨迹类型的限制，为解决伺 服摆扫控制问题提供了另一种途径。针对零相差跟踪控制系统幅频增益误差及高 频噪声放大问题，提出了一种考虑高频段抑制的增益误差补偿器的设计方法。针 对外加干扰和系统参数漂移的问题，研究了增强零相差跟踪控制器鲁棒性的方法。 在视轴稳定伺服控制系统中，低速下摩擦力的非线性对控制精度带来很大影 响。为解决这个问题，深入分析了非线性摩擦力的性质，建立了摩擦力模型，比较研究了几种非线性摩擦的估计和补偿技术。 以航空相机镜筒轴为研究对象，建立了伺服控制系统仿真模型。系统的介绍 了4 阶轨迹规划及前馈控制算法、零相差跟踪控制算法在航空相机摆扫控制中的 设计和实现流程。设计了基于积分分离反馈控制和电流前馈控制相结合的航空相 机视轴稳定控制算法，利用Kalman 滤波算法进行了摩擦估计和补偿。仿真结果表 明，本文所研究的伺服控制技术满足航空相机摆扫及稳像控制的要求。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2014-12-10 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/559]  |
| 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 | 周黎. 航空相机摆扫及动态稳像控制技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：光电技术研究所
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