光电吊舱陀螺稳定系统遗传算法控制
光电跟踪稳定平台控制系统关键技术浅析
光电跟踪稳定平台控制系统关键技术浅析【摘要】当前无人机的研究工作和设计水平越来越高，光电跟踪稳定平台作为无人机的重要组成部分，应用也更加广泛。
光电稳定平台的跟踪和稳定程度将会直接影响到整个系统的成像质量。
本文就主要对当前光电跟踪稳定平台控制系统关键技术进行了分析，从视轴稳定控制和自抗扰控制等方面进行了研究，以期能够给日后的光电跟踪稳定平台控制系统中的关键技术有一定的帮助。
【关键词】光电跟踪稳定平台；控制系统；关键技术1 当前光电跟踪稳定平台的研究现状1.1 光电跟踪稳定平台的研究背景光电跟踪稳定平台对无人机、战车以及舰船等载体有着扰动的作用，并且能够更快的对跟踪机动目标进行快速的捕捉，当前已经在侦查、测量以及搜索和营救等多方面都有着广泛的应用。
在军事方面，随着当前科学技术的快速发展，现代化的战争形势也已经出现了。
光电跟踪稳定平台对军事武器的打击力的提升也有着很重要的作用，以往的海、陆、空三维方式的战场已经转变成当前的海、陆、空、信息、天为一体的五维战场。
对比近年来的战争来看，情报信息的实时性已经成为了决定战争胜利与否的重要因素。
而近些年来，侦查用的无人机在战争中的优势和作用也逐渐显现出来了，世界各国也都对无人机的性能进行了大力的研究和开发，我国的侦查用无人机的研发工作也成为了当前国家重点的研究项目。
1.2 光电跟踪稳定平台的研究现状光电跟踪稳定平台，在无人机中有着眼睛的作用，想要对机动目标进行跟踪和测量，与定基座的光电稳定平台伺服系统在性能上有很大的出入，主要是因为机载光电跟踪稳定平台利用了视轴稳定控制的方式。
视轴稳定技术主要是应用了陀螺仪等作为传感器，使其具有更好的稳定性，能够组成一个相对稳定的控制闭环，能够实时的测量出光电跟踪稳定平台在惯性中出现的角速率，并对其工作状态进行伺服系统的调整。
稳定视轴的主要作用就是能够保证摄像机以及红外热像仪等测量功能能够得到更高质量的图片或者视频，而更高质量的图像或者是视频能够提高对跟踪目标的准确度和精准度，进而保证光电稳定平台对目标的跟踪性能。
天眼4M型四传感器陀螺稳定机载吊舱系统
天眼4M型四传感器陀螺稳定机载吊舱系统
彼岸
【期刊名称】《《军民两用技术与产品》》
【年(卷),期】2006(000)012
【摘要】香港彼岸科仪有限公司生产的天眼4M陀螺稳定光电观测系统内含4个
不同功能的图像传感器，是新一代机载多功能观察记录设备。
4个图像画面的视频信号可单独输出，也可同时显示在1个LCD屏幕上。
操作者可随时了解每个图像传感器的状态和吊舱的空中姿态，轻松实现对地面目标的追踪、记录和拍照。
该设备适用于直升机电力高压线路巡察、警务空中执法、空中指挥抢险救灾及人员搜救、城市规划等。
【总页数】1页(P28)
【作者】彼岸
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V243
【相关文献】
1.基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统设计 [J], 汪丹丹;贾临生
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基于陀螺稳定的机载光电转塔系统建模与仿真
基于陀螺稳定的机载光电转塔系统建模与仿真余驰【摘要】机载光电转塔系统是一种多自由度高精度随动控制系统.能够快速随动、大范围跟踪、高精度对被探测区域目标进行搜索、捕获、跟踪和瞄准,为载机提供高精度和高分辨率的外部环境信息,用于态势感知和指挥决策.建立两轴两框机载光电转塔系统在方位和俯仰的陀螺稳定数学模型,及两者之间的耦合关系.搭建了机载光电转塔系统在方位和俯仰两个自由度的联合仿真模型,根据实际应用需求,在MATLAB仿真环境下对不同外部输入和模拟载机姿态变化扰动的环境进行了全系统联合仿真.对系统的仿真特性进行了分析,仿真结果表明,建立的全系统联合仿真模型合理,系统能够快速响应与稳定控制调节,具有较高的陀螺稳定随动控制精度.%Airborne optical-electronic turret system is a multi-degree of freedom and high precision servo control system.Scouting area object was searched,captured,tracked and aimed with fast servo,big scope track and high precision,which could provide exterior environment information with high precision and resolution for aircraft.Yawing and pitching gyro stabilization mathematics models of double axes and double frame airborne optical-electronic turret system was set up,and their coupling relationship was analyzed.Joint simulation model of airborne optical-electronic turret system in yawing and pitching double degrees of freedom was built,and based on practical application requirement,complete system joint simulation was carried out under MATLAB simulation in different exterior input and simulate environment of aircraft attitude change disturbance.Simulation characteristics of the system wereanalyzed.Simulation results show that complete system joint simulation model is reasonable,and the system can fast respond and steadily control,has upper precision in gyro stabilization servo control.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)011【总页数】7页(P1392-1398)【关键词】机载光电转塔系统;陀螺稳定;数学模型;随动控制;建模与仿真【作者】余驰【作者单位】庆安集团有限公司航空设备研究所,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TP275;V248.1机载光电转塔系统是一种多自由度高精度的随动控制系统,其多数以两自由度随动运行实现对外部被探测区域的搜索、捕获、跟踪、瞄准,可通过光电传感器为载机提供高精度和高分辨率的外部环境信息感知。
一种陀螺自稳定控制方法[发明专利]
![一种陀螺自稳定控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d657122089eb172dec63b760.png)
专利名称：一种陀螺自稳定控制方法
专利类型：发明专利
发明人：赵舒芸,宋方,刘继锋,李方昊,丁海妮申请号：CN202010598437.5
申请日：20200628
公开号：CN111796509A
公开日：
20201020
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种陀螺自稳定控制方法，该方法包括：明确并分析稳定平台的结构和工作原理；构建MEMS微机械陀螺模型，并计算其传递函数；构建直流力矩电机模型,并计算其传递函数；构建PWM功放环节模型,并计算其传递函数；综合整理各环节的传递函数，并计算得出整个稳定回路的开环传递函数、闭环传递函数；分析原始系统稳定回路时域性能；搭建双轴稳定平台稳定回路的仿真模型、调节PID参数，最终通过比例、积分、微分设定对被控对象进行校正控制。
本发明的陀螺自稳定控制方法，提高了稳定平台的动静态性能和抗干扰能力。
申请人：西安方元明科技股份有限公司
地址：710075 陕西省西安市高新区科技一路59号嬴园雅筑四号楼10401室
国籍：CN
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光电吊舱陀螺稳定系统遗传算法控制
摘要:本文通过研究航空光电吊舱陀螺稳定系统，对其遗传算法进行控制。
航空光电吊舱作为一个系统具有大时延、非线性的特点，同时要求高跟踪以及精度稳定，因此对控制器提出更高的要求。
基于遗传算法（GA）的PID控制技术抗干扰能力较强，能够提高控制系统对高速动态目标的跟踪能力。
关键词:陀螺稳定系统双闭环控制遗传算法Matlab航空光电吊舱陀螺稳定系统，即吊舱结构形式的机载光电跟踪系统。
它将光电载荷安装在稳定平台上，借助陀螺稳定平台隔离载机的振动，进而获得平台空间，通过控制指令的驱动，完成光电载荷对目标的搜索、捕获、跟踪、定位等一系列的任务。
针对机载光电测量仪器放的稳定性，我们设计了一个两维的支撑平台稳像系统，借助该系统吊舱可以完成搜索与跟踪两项基本任务[1]。
1系统的组成稳像系统由主体仪器、控制放大器和脱靶量计算单元三大部分组成，如图1所示[2]：主体仪器：对于稳像系统而言，两轴支撑的常平架结构构成主体仪器。
外环（方位环）垂直装设于基座上，光电测量仪则装设在内环（水平环）上。
正交处理内、外环的转动轴，外环呈360°全周转动。
将二自由度挠性陀螺仪分别装设在内、外环上，借助锁定回路形成速率陀螺，用以量测两轴转动的角速度。
控制放大器：控制放大器对两环上驱动电机转动的控制是根据操作指令和跟踪目标的脱靶量实现的，确保隔离基座摇摆或测量仪的光轴始终锁定施测目标。
脱靶量计算单元：参照由光电跟踪仪测得的图像信息，脱靶量计算单元用以计算目标的脱靶量，处理结果输入控制器作为系统位置环的输入量。
2系统的技术指标框架运动范围：360°全周转动，上仰60°，下俯90°。
指令状态运动角速度和角加速度的最小值分别为30°/s、50°/s2；当载体正弦摇摆频率为0～3Hz，幅值为2°时，稳像精度均在200（RMS）以上。
3建立系统控制模型基于系统工作原理绘出图1所示的原理方块图：θl位置校正速度校正PWM功放电机框架M f1/SθO陀螺AD速度环位置环图1光电吊舱陀螺稳定系统框图PWM功放：PWM功放在系统工作于线性区时可视为比例环节，其系数设为kM。
光电吊舱陀螺稳定系统遗传算法控制
Ｔ ｅ ＝ 一 — — 电枢 回路 电磁 时 间常数
ｎ０
Ｔ ｍ ＝
乙 ｅ Ｌ， ｍ
—— 电机 的机 电时 间常数
系统 中 的陀 螺是 由二 自由度 挠性 陀螺 施 加锁 定 回 路
针 对机载 光 电测量 仪器 放 的稳 定 性 ， 我 们 设计 了一 个 后用来 测量 负载轴 的 转动角速 度 的。经计 算得 出陀螺 角速 两维 的支 撑平 台稳 像 系统 ， 借 助该 系统 吊舱 可 以完 成搜 索 度 的传 递 函数 为：
与跟踪 两 项基本 任务 】 。
２
Ｖ（ ｓ ）一
Ｋ Ｇ ＯＧ Ｃ
１ 系统的组 成 稳像 系统 由主 体仪 器 、 控 制放 大器 和脱 靶 量计 算单 元
三大部 分组成 ， 如 图 １所 示 】 ：
∞ｌ ｓ ） ｓ ２ ＋２ ｆ ； ｏＧ ｃ ｓ＋ ｃ ｏ
式中， ｓ 、 ｋ Ｇ 、 考和 （ ＾ ） Ｇ分别 表 示 Ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ算 子 、 比例 系 数、 阻尼 比和截 止频率 。 主体 仪器 ： 对 于 稳像 系统 而 言 ， 两轴 支 撑 的 常平 架 结 ４ 稳像 系统遗传 算法 ＰＩ Ｄ控制 构 构成 主体 仪器 。外环 （ 方位环 ） 垂直 装 设于基 座 上 ， 光 电 ４ ． １基 于 实数 编码遗 传 算法 的 Ｐ Ｉ Ｄ整定 测量仪 则 装设在 内环 （ 水平 环 ） 上。 正交 处理 内 、 外环 的转 为缩 小参 数 取值 范 围 ， 先择 取 一 组参 数 ， 运 用 遗传 算 动轴 ， 外环 呈 ３ ６ ０ 。 全周 转动 。将 二 自由度 挠 性 陀螺 仪分 法围 绕所 选 参 数展 开 设计 ，直 接确 定 被 控 对象 传 递 函数 别装 设在 内、 外环 上 ， 借助 锁定 回路 形 成速率 陀 螺 ， 用 以量 为． 测两轴 转动 的角速 度。 控 制放 大器 ： 控制 放 大器 对两环 上驱 动 电机 转动 的控
基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统设计
基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统设计汪丹丹;贾临生【摘要】将介绍一套基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统,分析了吊舱系统的总体结构,着重研究了基于DSP-TMS320F28335的控制系统的硬件设计与软件实现.本系统能够准确的搜索和追踪目标,保持追踪目标的过程中视轴稳定,对隔离扰动有显著地效果.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P95-98)【关键词】陀螺;稳定平台;吊舱系统【作者】汪丹丹;贾临生【作者单位】海军航空兵学院辽宁葫芦岛海军航空兵学院,辽宁葫芦岛 125001;海军航空兵学院辽宁葫芦岛海军航空兵学院,辽宁葫芦岛 125001【正文语种】中文【中图分类】TP273陀螺稳定平台是利用陀螺仪特性来保持平台体的方位处于稳定状态的装置，它集成了惯性导航、数据采集及信号处理、微惯性传感器、精密机械动力学建模仿真和设计、图像处理、电机运动控制和光学仪器应用等多种技术。
将陀螺稳定平台应用于吊舱系统能够有效地提高搜索目标和跟踪目标的准确度，在跟踪目标的过程中，如果系统受到外界的干扰，借助系统中的陀螺稳定平台可以快速地消除扰动，可靠地来保持追踪地过程中视轴处于稳定状态。
本文将介绍一套基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统，该系统可以设置在两种模式下工作：一种模式是目标没有被锁定时，陀螺稳定平台工作在搜索模式下，根据控制台给定的搜索指令信号来控制电机工作，以此来进行目标的搜索；另一种模式是系统锁定目标后，系统会进入自动跟踪的状态，此时，系统只接收与被跟踪目标位置的误差信号并进行不断修正该误差，使视轴能够始终跟踪目标。
本文的基于陀螺稳定平台的吊舱控制系统主要是由三个部分组成，它们分别是：本体模块、电气控制器以及人机交互模块，整个系统总体结构框图见下图1.本体模块采用两轴四框架的机械结构，整个体系从外到内可分为基座、外方位框架、外俯仰框架、内方位框架、内俯仰框架以及负载等几个部分。
航空光电成像平台角位置陀螺和角速率陀螺的稳定效果分析
以抑制载体扰动实现光轴的惯性稳定 。
2 理论分析
2. 1 惯性稳定平台干扰源分析 在惯性稳定平台中 ,影响平台稳定精度的干
扰源有[125] :线绕力矩 、摩擦力矩 、风阻力矩 、框架 的不平衡力矩 、载体角速度扰动以及反馈元件的 漂移等 。但是这些干扰的注入路径是有差别的 。
图 2 基于角速率陀螺的光电稳定平台控制原理框图 Fig. 2 Block diagram of co nt rol p rinciple for rate
Stabilization properties of airborne imaging platf orm based on position gyro and rate gyro
S H EN Ho ng2hai1 ,2 , L IU J ing2ho ng1 ,ZHAN G Bao1 ,DA I Ming1 , J IA Ping1 ,W EI Zho ng2he1 ,XION G J ing2wu1
取速度环校正参数
Kvadj
=
4
688
×(0. (1.
067s 176s
+ +
1) 2 1) 2
;
取位置环校正参数
Kpadj
=
10
×(
0. 5 (4s
s + 1) + 1) 2
2
。
因为飞机等载体的力矩扰动频率及基座扰动
频率都不会超过 1 Hz ,本文取其上限 ,仿真结果
如图 (7) ～ (12) 。
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光电吊舱陀螺稳定系统遗传算法控制
本文通过研究航空光电吊舱陀螺稳定系统，对其遗传算法进行控制。
航空光电吊舱作为一个系统具有大时延、非线性的特点，同时要求高跟踪以及精度稳定，因此对控制器提出更高的要求。
基于遗传算法（GA）的PID控制技术抗干扰能力较强，能够提高控制系统对高速动态目标的跟踪能力。
标签：陀螺稳定系统双闭环控制遗传算法Matlab
航空光电吊舱陀螺稳定系统，即吊舱结构形式的机载光电跟踪系统。
它将光电载荷安装在稳定平台上，借助陀螺稳定平台隔离载机的振动，进而获得平台空间，通过控制指令的驱动，完成光电载荷对目标的搜索、捕获、跟踪、定位等一系列的任务。
针对机载光电测量仪器放的稳定性，我们设计了一个两维的支撑平台稳像系统，借助该系统吊舱可以完成搜索与跟踪两项基本任务[1]。
1 系统的组成
稳像系统由主体仪器、控制放大器和脱靶量计算单元三大部分组成，如图1所示[2]：
主体仪器：对于稳像系统而言，两轴支撑的常平架结构构成主体仪器。
外环（方位环）垂直装设于基座上，光电测量仪则装设在内环（水平环）上。
正交处理内、外环的转动轴，外环呈360°全周转动。
将二自由度挠性陀螺仪分别装设在内、外环上，借助锁定回路形成速率陀螺，用以量测两轴转动的角速度。
控制放大器：控制放大器对两环上驱动电机转动的控制是根据操作指令和跟踪目标的脱靶量实现的，确保隔离基座摇摆或测量仪的光轴始终锁定施测目标。
脱靶量计算单元：参照由光电跟踪仪测得的图像信息，脱靶量计算单元用以计算目标的脱靶量，处理结果输入控制器作为系统位置环的输入量。
2 系统的技术指标
3 建立系统控制模型
5 结论
本文对光电吊舱稳像系统进行了遗传算法PID研究，通过仿真实验对优化后的控制器进行检验，其阶跃响应曲线平稳，无超调量，对系统的负载扰动具有良好的适应能力。
参考文献：
[1]李文魁，王俊璞，金志华，田蔚风.直升机机载光电吊舱的发展现状及对策[J].中国惯性技术学报，2004，12（5）：75-80.
[2]谈振藩，李庆.航空光电吊舱陀螺稳定系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.
[3]胡寿松.自动控制原理[M].第四版.北京：科学出版社，2000.
[4]施阳.MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK[M].西安：西北工業大学出版社，1999.。