高精度复合轴跟踪控制系统
基于DSP的车载自动跟瞄装置的粗精复合系统设计
Ｔ Ｓ３ Ｌ ４ Ａ ａ ｔ ｅ Ｍ ２０ Ｆ２ ０７ ｓ ｈ ｐｒ ｃ ｓ ，ｈ ｔａｃ ｉｇ ｏｎ ｒ ｌｒ ｎ ｏ ｅｓ ｏｒ ｅ ｒ ｋｎ ｃ ｔｏｌ ｏ ｍｏｂｉ ｉ ｔ ｅ ｌ ｓ ｅ ｄｅ ｇｎ ｓｉ ｅｄ．ｈｅ ｅ ｕｌ ｅ ｅｒ ｅ ｔ ｈ ｗｓ ｈ ｔ ｈ Ｔ ｒ ｓ ｔ ｏｆ ｘｐ ｉ ｎ ｓ ｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｍ ｃ ｒ ｅ ｉ ｃ ｏａ ｓ －ｆ ｎｅ ｏｍ ｐ ｉ ｃ ｔｏｌｓ ｓｅｍ ｉ ｐｒｖｉ ｈ ｒ ｋｎ ｐｒ ｓｏ ｉ ｔ ｏｓｔ ｏｎ ｒ ｙ ｔ ｅ ｍ ｏ ｎｇ ｔ ｅ ｔａｃ ｉｇ ｅｃｉｉｎ ｅｖｄｅｎ ｌ ｙ Ｋｅ ｗｏｒｓ： ｙ ｄ ＤＳＰ， ｍ ｐｏ ｉ ｏｎ ｒ ｃｏ ｓｔ ｃ ｔｏｌ ｅ
摘 要
介 绍 了 车 载 自动 跟 瞄 装 置 的 粗 精 复 合 控 制 结 构 原 理 以 及 控 制 系 统 的 总 体 构 成 。 以 高 性 能 的 Ｄ Ｐ 芯 片 Ｓ
Ｔ ３Ｏ Ｆ４ ７ ＭＳ ２ Ｌ ２ Ｏ Ａ作 为运 算 处理 器 ， 计 了跟踪 控 制 器 ； 过 具 体 实验验 证 采 用 粗精 复 合跟 踪 结 构 的跟 瞄 系统 显 著 提 高 了 设 经
不 同 方 面 的 应 用 对 系 统要 求 侧 重 点 各 不 相 同 ，但 总 的趋 势都 是
统 实 时 性 控制 要 求 ；片 内有 高 达 ３ Ｋ 字 的 Ｆａ ｈ 序存 储 器 ， ２ ｌｓ 程 自
带 １ ６路 １ ０位 Ａ Ｄ 转换 模 块 ， 个 串行 通 信 接 口模 块 ， ／ 一 两个 正交
目标 的位 移 ，或 得 到 在 Ｃ ＣＤ 图像 中 目标 与 Ｃ ＣＤ 视 轴 的 位 置 角 度偏 差 。 瞄装 置 的粗 跟踪 控 制 器对 粗 跟 瞄 系统 得 到 的位 移 信 息 跟 进 行 处 理 ， 解 出 目标 在 方位 、 分 俯仰 上 的角 度 偏 差 ， 后 直 接 通 过 然 电 机 控 制 器 ， 制 方 位 、 仰 电机 驱 动 方 位 轴 、 仰 轴 到 指 定 位 控 俯 俯 置 ， 目标 导 人精 跟 踪 视 场 。 跟 瞄 系统 的位 移 检测 由 Ｐ Ｄ探 测 将 精 Ｓ
基于复合控制的某型雷达伺服系统优化
基于复合控制的某型雷达伺服系统优化作者：沈浩蔡新举来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：针对传统的雷达伺服系统精度受动态设计中系统自身因素的制约而达不到期望特性的情况，提出了一种高阶无静差系统的实现，即把复合控制引入位置回路，前馈至速度回路输入端。
将此种方案应用于某型雷达伺服系统，仿真实验表明在不影响系统稳定性的前提下，可使系统的幅频特性在低频段表现出极低的斜度，加速度常数增大，加速度误差减小，系统精度显著提高。
关键词：雷达伺服;复合控制;精度优化;精密跟踪中图分类号：TN952 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-018-Optimization of a Certain Radar Servo System Based on Combination-Loop-Control(Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai,264001，China)Abstract：To solve the problem that the accuracy of traditional radar servo system can not reach to anticipant property in dynamic design due to the restriction of the system factors,a way to the realization of high rank no-static-error system is proposed,in which combination-loop-control is placed to location loop,feeding forward to the input of the speed loop.The simulation proves that without losing stability,the system shows very trivial pitch in magnitude- frequency property.Thus,the acceleration error is reduced as the acceleration coefficient is enlarged,and finally the system accuracy is notably raised.Keywords：radar servo;combination-loop-control;accuracy optimization;precision tracking1 引言伺服系统是精密跟踪雷达的重要组成部分，它根据雷达控制台的工作方式命令求解雷达天线与目标之间的角误差信号，控制天线精密跟踪飞行目标，并实时测量雷达机械轴位置。
高精度复合轴跟踪控制系统
谢 谢！
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通过测量、数据处理、辨识、拟 和、算法设计等
中国科学院光电技术研究所 2006.12
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于闭环特性的精跟踪镜系统宽带宽设计
dB (V/V) 22.0000
中国科学院光电技术研究所 2006.12
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于跟踪传感器低采样频率下的高闭环带宽设计
复合轴控制系统的实现
主轴由力矩电机驱动 高精度的转台实现， 用于捕获目标和粗跟 踪目标
子轴由音圈电机驱动高精度的快速反射 镜实现，用于高精度的跟踪和瞄准目标
中国科学院光电技术研究所 2006.12
高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的实现
FSM
E
粗探测器
精探测器
目标 探测 器
A
中国科学院光电技术研究所 2006.12
dB (V/V) 19.0000 10.0000
dB (V/V) 20.0000 10.0000
电视脱靶量输出频率为50Hz
中国科学院光电技术研究所 2006.12
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于跟踪传感器低采样频率下的高闭环带宽设计 采用高输出速率的反射偏转位置传感器信号 同低采样速率的目标位置传感器信号进行数据 融合的方法实现高带宽的控制
高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的实现
带宽匹配
1 We ( S ) 1 W ( S ) (1 Wmain ( S ))(1 Waux ( S ))
高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
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实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
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运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
星间光通信复合轴跟踪结构性能和误差抑制能力分析
２ １ 年 ４月 ０１
空
军
工
程
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖ０ ．１ Ｎｏ ２ １ ２ ． Ａｐ ． ｒ ２０１ １
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｉ Ｏ Ｃ Ｎ ＩＥ ＲＮ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳＩＮ ＥＥ ＩＩＮ Ｏ Ｒ Ａ ＦＡＲＦ Ｒ ＥＥ ＧＮ Ｅ ＩＧＵ ＩＥ Ｓ （ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ ＤＴＯ ） Ｔ
能分析 ， 后采 用仿 真对 比得 出选择 合 适 的粗 、 跟 踪 带宽 和 带宽 比对 系 统误 差 有 突 出抑制 能 最 精
力 的结 论 。 关键 词 星 问光 通 信 ； 复合 轴 ； 踪 ； 跟 稳定 性
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ９—３ １ ． ０ ０ ． １ ｓ ５６ ２ １．２００ １
４ ８
空军工程大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
③ 较小 的收发 天线 和系统 结构 ； ④高 保密性 和抗 干扰 能 力 。而 星 问光 通信 系统具 有 较小 的收 发 天线 和轻 重
量， 低功耗等优势 ， 很适合在卫星平台上 ， 特别是在小卫星通信 中的应用； 其抗干扰 、 高保密性使得其在国防 军事领域 有着 重要 应用 ； 而它 的高数 据传输 率 和大通 信容量 在商 业和 民用上 的应 用前 景更 为广泛 ， 以星 间 所 光通 信 目前 已成 为卫 星通 信重点 发展 的方 向之一 。 星 间激光通 信 Ａ Ｐ技术 是实 现可靠 通信 的保 障 ， Ｔ 可靠 的星 间光 通信要 求 光收 发端 之 间视 轴 瞄准 精度 达
１ 星 间 光 通 信 概 念 及 Ａ Ｐ技 术 介 绍 Ｔ
星间光通信与光纤通信和星间微波通信相 比具有 ２ 个显著的特点 ， 一是星间光通信通过 自由空间传递
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究随着现代工业的发展，越来越需要更精确地控制机器轴系统，以满足更高精度的工业作业。
光电跟踪技术是一种利用目标符号识别、光学系统或传感器和机电一体化等技术实现机器轴系统（例如直线导轨系统）运动控制的现代工控制系统。
由于其高精度、快速响应、节省开支等优点，光电跟踪技术在机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用领域得到了越来越多的应用。
复合轴系统是光电精密跟踪技术的关键因素之一，包括子轴和主轴。
轴系统中主控制轴线定义了运动控制系统中的工作位置和运动轨迹，而子轴控制轴线可以使物体和仪器旋转、平移以及变形，使得物体的运动的准确性和精确度得到提高。
因此，研究分解复合轴系统中子轴控制，使其得到准确的控制，对于保证光电精密跟踪的普遍应用具有重要的意义。
子轴控制器可以通过电机连接和旋转实现，以控制复合轴系统工作位置。
在复合轴系统中，子轴控制系统可以实现准确控制，通过调整角速度及角位置，从而实现复合轴系统的多维空间控制。
为了实现子轴控制，对子轴电机的性能进行优化，以确保其获得良好的空间性能，特别是在运动控制系统中使用电机进行高精度控制时，其性能较为关键，当轴系统处于一定载荷、低温、湿环境下时，电机的精度还会逐渐降低。
因此，研究和优化子轴电机的力学性能和控制算法，对于提高复合轴系统的稳定性和精度具有重要的意义。
根据上述分析，研究复合轴系统以及其中的子轴控制，对于推动光电精密跟踪技术的广泛应用，具有重要意义。
研究者不仅要分析复合轴系统及其旋转、平移等变形，还要研究子轴控制器的力学性能和控制算法，优化其电机性能，以确保机器轴系统的正常运行和精确控制。
实际上，研究子轴控制将有助于提高光电精密跟踪技术的精度，从而为机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用技术提供解决方案。
战术激光武器跟瞄精度分析
战术激光武器跟瞄精度分析易瑔;孙先知;杨建昌;王林森;何炳阳【摘要】Laser weapons as a new type of directional weapons and equipment,compared with the traditional weapons and equipment,must have a higher accuracy requirements.This paper uses the method of theoretical analysis and simulation to analyze the requirements of laser weapon hitting probability and spot stability to determine the accuracy of laser weapons in different atmospheric environment. Taking the "sea stone"laser weapon system as an example,the aim of the aiming accuracyis analyzed,and the main factors influencing the aiming accuracy are put forward. This paper provides a reference for the research of laser weapon.%激光武器作为新型的定向高能武器装备,与传统的武器装备相比,对跟瞄精度有更高要求.运用理论分析、模拟仿真的方法,通过对激光武器命中概率、光斑稳定概率的分析,确定了不同的大气环境下,激光武器对跟瞄精度的要求,并以"海石"激光武器系统为例,进行了跟瞄精度分析,提出了影响跟瞄精度的主要因素,为激光武器的研究提供了借鉴.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2018(043)006【总页数】5页(P98-102)【关键词】跟瞄精度;衍射;大气湍流;命中概率;稳定概率【作者】易瑔;孙先知;杨建昌;王林森;何炳阳【作者单位】陆军装甲兵学院,北京 10072;陆军装甲兵学院,北京 10072;陆军装甲兵学院,北京 10072;陆军装甲兵学院,北京 10072;陆军装甲兵学院,北京 10072【正文语种】中文【中图分类】TJ95;TJ990 引言激光武器作为一种新型的定向武器装备，通过对目标的捕获、跟踪、瞄准，来实现精确打击。
《面向复合加工的数控系统多轴多通道控制技术的研究》
《面向复合加工的数控系统多轴多通道控制技术的研究》一、引言随着制造业的快速发展，复合加工技术已经成为现代制造领域的重要技术之一。
这种技术通过将多种加工工艺集成在一起，实现了高效、高精度的加工过程。
而数控系统作为复合加工技术的核心，其多轴多通道控制技术更是直接关系到加工质量和效率。
因此，研究面向复合加工的数控系统多轴多通道控制技术具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、复合加工及数控系统概述复合加工技术，即综合运用多种加工手段对同一工件进行一次或多次加工，具有高效、高精度的特点。
它要求加工系统具有高度的协调性和一致性。
数控系统则是实现这一目标的核心，通过高精度、高效率的控制策略，实现多轴联动和多通道协同。
三、多轴多通道控制技术分析（一）多轴控制技术多轴控制技术是数控系统的关键技术之一，它通过控制多个轴的协同运动，实现复杂工件的加工。
在复合加工中，多轴控制技术要求各个轴之间的高度协调和同步，以保证加工精度和效率。
此外，还要考虑轴的动力学特性、刚度、热变形等因素，以实现稳定的加工过程。
（二）多通道控制技术多通道控制技术是数控系统的另一重要技术，它通过多个独立的通道同时控制多个轴或多个加工过程。
在复合加工中，多通道控制技术可以实现多个加工工艺的并行处理，提高加工效率。
同时，各个通道之间要实现信息的实时交互和共享，以保证加工过程的协调性和一致性。
四、面向复合加工的数控系统多轴多通道控制策略研究（一）多轴联动控制策略针对复合加工的多轴联动需求，研究相应的控制策略是必要的。
这包括轴间协调策略、路径规划策略、速度与加速度控制策略等。
通过优化这些策略，可以实现多轴的高效协同和精确控制。
（二）多通道协同控制策略多通道协同控制策略是实现多个加工工艺并行处理的关键。
这需要研究通道间的信息交互机制、协同算法以及资源分配策略等。
通过优化这些策略，可以实现多个通道之间的实时协同和高效交互。
五、实验验证与应用分析为了验证所研究的面向复合加工的数控系统多轴多通道控制技术的有效性，进行了一系列实验。
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f x 30 ~ 50( Hz )
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于闭环特性的精跟踪镜系统宽带宽设计
2 2CL 2 KL G( s) s s 2 M ( s) J 2mc L J 2mc L2 一般K值都设计的较小，采用柔性弹性支撑的 结构，这样可大大减小音圈电机驱动的压力。
复合轴控制系统的实现
主轴由力矩电机驱动 高精度的转台实现， 用于捕获目标和粗跟 踪目标
子轴由音圈电机驱动高精度的快速反射 镜实现，用于高精度的跟踪和瞄准目标
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高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的实现
FSM
E
粗探测器
精探测器
目标 探测 器
A
中国科学院光电技术研究所 2006.12
( s)
2
2
1
中国科学院光电技术研究所 2006.12
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于闭环特性的精跟踪镜系统宽带宽设计
dB (V/V) 22.0000 10.0000
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于闭环特性的精跟踪镜系统宽带宽设计
减小精跟踪视 场，提高精跟 踪CCD像元分 辨率
高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴跟踪系统实验
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高精度复合轴跟踪控制系统
结论
复合轴控制是实现大范围、高精度跟踪指标 的最有效的控制结构，在国内外高精度的跟 瞄系统中得到了广泛的应用 在精度要求特别高的系统，采取多级（3~4） 级联的复合轴控制结构，可实现更高的精度 指标（亚微弧度级）
dB (V/V) 12.0000
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dB (V/ -4.2000 -10.0000
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
提高主 轴跟踪 精度 提高机械谐振频率 提高对目标信号的预测精度 获得高性能的CCD传感器 提高信号采集和处理技术
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+
-
W1 (s)
W (s)
C1(S) +
R(S)
+
C(S)
G1 ()
双检测性 复合轴控 制系统
1 ( s ) e [1 G1 ( s)G2 ( s)][1 W1 ( s)W2 ( s)]
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高精度复合轴跟踪控制系统
+
+
C(S)
G1 ( s)
G2 (s)
+
1 G2 ( s )G3 ( s ) e (s) 1 G1 ( s )G2 ( s )
1 W (s) ( s ) e 1 G1 ( s )G2 ( s )
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高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的工作原理
高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的实现
带宽匹配
1 We ( S ) 1 W ( S ) (1 Wmain ( S ))(1 Waux ( S ))
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高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的实现
视场匹配
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复合轴控制系统的工作原理
W1 (s)
W (s)
C1(S)
R(S)
+
+
C(S)
G1 ( s)
-
G2 (s)
+ C2(S)
单检测性 复合轴控 制系统
1 e ( s) [1 G1 ( s)G2 ( s)][1 W1 ( s)W2 ( s)] W1 ( s)W2 ( s)
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通过测量、数据处理、辨识、拟 和、算法设计等
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于闭环特性的精跟踪镜系统宽带宽设计
dB (V/V) 22.0000
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于跟踪传感器低采样频率下的高闭环带宽设计
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
子轴控制对象谐振频率低，跟踪传感器信 号输出频率低
zi _ max 12.28mrad s
max 5urad
zi _ max
151mrad s
2
f B 88( Hz )
f zi _ x 300( Hz )
fT 800( Hz ) fT 100 ~ 400( Hz )
dB (V/V) 19.0000 10.0000
dB (V/V) 20.0000 10.0000
电视脱靶量输出频率为50Hz
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
基于跟踪传感器低采样频率下的高闭环带宽设计 采用高输出速率的反射偏转位置传感器信号 同低采样速率的目标位置传感器信号进行数据 融合的方法实现高带宽的控制
高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
主轴转动惯量大，有多个机械谐振峰， 谐振频率低
max
30 s
max 10 s 2 zu _ max 1mrad
f zu _ B 59.6(rad / s) 9.48( Hz )
f zu _ x 148( Hz )
高精度复合轴跟踪控制系统
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高精度复合轴跟踪控制系统
应用背景介绍
复合轴跟踪控制结构主要用在目标速度、 加速度大，跟踪精度要求高的系统中。
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高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的工作原理
W (s)
G3 ( s)
R(S)
+ -
f x 30 ~ 60( Hz )
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高精度复合轴跟踪控制系统
提高复合轴跟踪精度的措施
主轴采用位置环、速度环、电流环 等多环闭环的跟踪模式，提高系统的 刚度和响应速度。 主轴采用自适应卡尔曼滤波，得到 目标的速度和加速度信号，实现等效 复合控制
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高精度复合轴跟踪控制系统
复合轴控制系统的工作原理
Wmain ( S ) Waux ( S ) Wmain ( S )Waux ( S ) Wclose ( S ) (1 Wmain ( S ))(1 Waux ( S ))
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高精度复合轴跟踪控制系统