光电吊舱稳定控制方法研究

光电吊舱稳定控制方法研究

张明,冉承平

中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所   河南洛阳  471000

摘要：吊舱涉及精密机械、光学设计、传感器技术、信号处理、图像处理、自动控制等多个专业领域工作。坦克胶囊在军事领域发挥着重要作用，在民用领域也有相当大的发展，能够在许多应用领域迅速有效地应对突发情况，执行侦察、搜索等任务对研究至关重要。

关键词：光电吊舱；稳定控制；方法研究

引言

光电吊舱一般安装陀螺仪，该算法允许惯性空间通过伺服驱动算法进行角度偏移。当梁的角度偏移时，可通过伺服驱动算法控制光通量的分量，以确保惯性空间的稳定性，并实时将光体的光波对准目标。但是当承运人在空中进行直线高速运动时，光电阴极视线无法补偿由载波线性运动引起的视线偏移，光电阴极的光轴方向和成像视场可能随着线性运动而迅速变化 这对目标图像识别、目标跟踪、目标激光照射制导等功能的实现有不好的影响。

一、光电吊舱简介

光电吊舱是一种机载光电探测系统，集成了可见光、红外、激光等多传感器，可以在白天和晚上对目标进行遥感成像、跟踪、激光照射、损伤效果评估等，是战斗机定位、监控、识别等重要设备总体而言，光电舱是模块化设计的，分为头部、线圈段、环形段和电子摄像机4的大部分，这样可以通过飞机和MIL-STD-1553B数据总线传输数字信息，如图1所示。视景、红外视频图像通过复合视频传输到驾驶舱中的显示器，用于驾驶员夜间和恶劣天气条件下的飞行和攻击。

二、研究背景及意义

光电吊舱用作通常安装在飞机外部(即机身下方)的光路的底盘。为了减少吊舱在航空母舰上暴露在空气中的阻力，外壳通常采用流线型结构。衰减使用户可以根据灯光照明设备中包含的灯光照明设备对目标进行检测、定位、跟踪和动态监视。例如，使用可见的高清摄像头、红外线传感器、激光去除器、光跟踪器等，您可以日夜检索目标测量、目标跟踪等的图像信息。目前，电动照明设备管道广泛应用于军事、民警和警察部门。由于光电吊舱安装在飞机外，因此在正常飞行中会受到飞机振动、空气干扰、内部轴摩擦等的影响。碰撞产生的偏转直接影响其加载的灯光行星单元，并影响其稳定性，从而可能影响灯光传感器的最终结果。除了光学探测器本身的质量对图像的影响外，光电吊舱的稳定性是造成故障原因的关键因素，稳定的控制系统最大限度地减少了飞机飞行过程中干扰因素对起重机的影响，以实现稳定的图像、目标跟踪和自动搜索。

三、光电吊舱稳定性能影响因素分析

3.1力矩干扰.

光电吊舱产生的干涉力矩主要有偏心力矩、摩擦力矩、缠绕力矩和抗风力矩等。偏心力矩－“视图”是指吊舱框架的旋转中心不变时，质心位置也因光电载荷而发生变化，从而导致质量位移，导致两个质心彼此不一致，从而导致质量位移。另一种是，飞机在相对运动环境下在吊舱框架之间正常运动时，稳定平台的中心偏离载荷质心，产生质量偏差。偏心力矩还会增加车轴之间的框架摩擦，影响系统视轴的稳定精度。风阻力矩是由于光电吊舱稳定平台通常安装在飞机下面而产生的。I .作为直接向空中的水流，飞机飞行时的气流直接作用于吊舱，吊舱的稳定性能将受到更严重的损伤。因此，在设计吊舱形状时，为了最大限度地减少风阻干扰，当吊舱的安装方式不一样时，会产生风阻力矩。对于本文中的两箱检查对象来说，风阻对吊舱直接施加压力会增加轴向间的摩擦，驱动电机的负载也会增加。

3.2噪声干扰

陀螺仪是稳定电路不可或缺的组成部分，测量系统在惯性角速度、测量精度、噪声零运动等方面的性能。噪音是一个重要的分心点，例如振动频率、来自检测电路的噪声信号、环境噪声、热噪声等微弱的噪声信号可能导致设备输出的剧烈波动。为此，设计系统需要选择低延迟、高带宽的扁平螺钉，优化基于高性能设备的控制算法。由于系统外的干扰，角速度研配器可测量系统运动的方向和幅度，当系统截面载荷作用于角度运动时，稳定控制器可有效控制该运动，伺服驱动可快速控制扰动。减小或消除帧载荷时，轴会对运动姿势产生的碰撞产生不利影响，从而保持惯性空间的稳定性。在现实工程中，陀螺仪信号测量噪声干扰，通过引入基于陀螺仪输出的观测玻璃提高控制精度。

四、光电吊舱稳定控制方法

4.1自抗扰控制

90年代末引入的独立控制器(ADRC)是一种独立于大象模型管理的非线性控制策略。经典PID控制器的理念是基于现代状态观测控制理论，将抗干扰技术集成到现有PID控制中，最终开发出一种与使用新概念相匹配的控制器，从而使其在工程程序中得到更广泛的应用。在阻抗控制中，系统参考的输入值首先用非线性跟踪微表进行处理，利用扩展状态观测器估算系统状态和外部扰动值，并将状态设备的估计值与非线性跟踪微表的初始参考值进行比较。使用非线性状态错误控制来控制被检查对象的错误控制。自控制将系统的不确定性视为系统扰动，将扰动扩展到扩展状态，为控制器动态实时预测的动态计算开发了扩展状态观测器，并补充了控制器系统的预测力。当加载器正常飞行时，外部环境变化中的不确定因素可能会影响象群的扩展。这是一个非常有效的方法。

4.2转动控制测试

采用吊舱系统调试软件对吊舱旋转范围指标进行了测试。吊舱有朝向对准轴的雪橇，允许在所有方向连续旋转□。沿着顶部定线，您将看到仅可在硬体终点桩号内旋转的硬体终点桩号。在实际安装过程中，硬件终点桩号的位置通常设置不正确，这使得沿上轴的旋转区域可能与技术要求略有不同。方向上，我们通过在正负方向上旋转20圈，连续旋转而不出现异常工作条件，以及符合设计要求的对准范围来控制舷舱的速度。向上我们控制吊舱在上端点和下端点的旋转，以便调试软件实时读取旋转角度，并在吊舱超出指定范围时停止运动。经过多次操作，得到俯仰方向上的转动范围为：+45.190~-70.32°，俯仰方向转动范围满足设计要求。

4.3摩擦力矩补偿方法

引导介质接触到稳定的内部平台框架的传导和偏转，导致成像平台向时间轴振动，导致照片采集者朝向时间轴旋转，这种颜色抖动不仅影响图像的变化，而且使图像处理目标单位的处理变得困难，因此降低整个系统的跟踪性能是必要的， 为了抑制干扰效应，在大多数情况下，均使用单速回路稳定算法，并且存在以下缺点:(1)稳定平台包含两种类型的干扰点，即运动介质连接主要导致系统内部和外部摩擦扰动。 虽然单速回路在处理两个低速运动时看起来都很弱2)在低速运动时，单个回路不能有效地抑制干扰，并有效地消除了系统非线性特性对控制性能的影响，而随着光伏系统稳定性要求的提高，使用单速回路已不能满足该问题的系统性能要求，因此存在双速回路法和非线性补偿输入加速度法。

4.4电源控制

电源线是EMI问题进入电气和电路的主要方法，是电磁兼容性问题的根源，常见的外部电磁干扰通过传导进入设备，影响设备的正常运行，设备存在通过外部传导和电源线的辐射干扰。电力干扰一般有两种类型：共模干扰和差分模式干扰。其中，由于共模电流方向相同，外部辐射电磁场相互重叠，因此产生更多辐射，电线电流方向相反，因此产生的磁场相互减弱，外部性能较低的设备电源使用26v直流电源，但室内电子设备所需的电压为5v、12v，因此设备使用开关电源为各种模块化设备提供不同的电压，开关电源管道处于状态。

4.5双速度环串级控制.

在过程控制中，通常会在由大惯性对象控制的系统上显示临时变量，以快速反映扰动的变化。作为调节系统的辅助变量时，通过控制光电稳定平台中的调节，可以大大提高主控制对象的稳定性，其核心扰动主要引入到轴承之间的摩擦系统中，而轴承之间的摩擦是由框架之间的相互运动引起的，可以有效地测量安装在控制系统中的旋转变压器框架之间的相对运动，因此相对速度可以作为辅助变量来创建能够快速检测扰动变化并提高系统补偿摩擦力的调节系统。

4.6加强关键技术应用

从技术角度来看，数据通信技术在光电吊舱中的应用还有待改进。1、光伏机舱数据链是一个相对独立的系统，但需要考虑与操作模块、人机界面、操作使用、协作模式、网络协议、消息格式、网络系统等方面的综合设计。合理有效的综合系统设计可以达到最大的作战效能。2、数据链系统适用于光伏舱，请考虑界面格式、通信方法、信息格式和信息传输适应性、测试数据链以及光电计算机的工程应用。3、通信的可靠性和安全性始终是无线通信环境中数据连接的主要目标，报告主要用于控制和控制战争状态信息，这就是为什么高信息可靠性要求的技术不断发展，因此必须提高通信和安全研发的可靠性，以应对复杂多变的战争条件。

4.4.2非线性加速度阻尼补偿

采用双速环后，载体运动时，系统下的轴稳定精度比单速环有很大提高，实验结果图表清晰显示时的轴稳定误差在一个周期的大部分时间内可以很好地稳定。但是，由于非线性摩擦扰动，系统输出稳定误差在一个周期内会有较大的峰值，从而降低系统的绝缘。故障原因分析：电机低速运转时，陀螺仪和旋转变压器的输出几乎为零，目标量具有延时特性，所以不是零，所以这是一个位。从环到稳定环的信号很小，功率放大器通过后，输出力矩不能完全克服系统静摩擦，电机不动，误差累积到可以克服摩擦力矩。为了消除误差峰值，必须在过载情况下增加系统阻尼。峰值发生时加速度高，考虑使用加速度负反馈来增加阻尼。

结束语：

介绍了电磁兼容系统法。并结合滤波技术、屏蔽技术、接地技术分析吊舱设备的电磁兼容薄弱环节，确定电磁滤波技术的技术指标；在施加了必要的处理措施后，测试验证了系统法处理电磁兼容问题的有效性，满足设计要求。

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