光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状

光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状

2012年 6 月

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摘要................................................................................................ 错误!未定义书签。第1章引言.................................................................................. 错误!未定义书签。第2章光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理.......................... 错误!未定义书签。

2.1计算机控制单元...................................................................... 错误!未定义书签。

2.2环路控制单元.......................................................................... 错误!未定义书签。第3章光电跟踪仪伺服控制系统的关键技术.......................... 错误!未定义书签。

3.1瞄准线稳定技术...................................................................... 错误!未定义书签。

3.2复合控制技术.......................................................................... 错误!未定义书签。

3.3等效复合控制与预测滤波技术.............................................. 错误!未定义书签。

3.4共轴跟踪技术.......................................................................... 错误!未定义书签。

3.5复合轴控制技术...................................................................... 错误!未定义书签。

3.6其它高精度控制技术.............................................................. 错误!未定义书签。第4章光电跟踪仪伺服控制系统的国内外发展现状及趋势.. 错误!未定义书签。

4.1国内外发展现状...................................................................... 错误!未定义书签。

4.2发展趋势.................................................................................. 错误!未定义书签。

光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状

摘要

光电跟踪仪中的伺服控制系统是光电跟踪设备的重要组成部分，其跟踪精度是衡量光电跟踪设备的主要指标，实现高精度跟踪控制，成为许多高精度光电跟踪设备必须解决的难题之一。因此要获得高精度的光电跟踪仪，必须深入了解其伺服控制系统。

本文从光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理、关键技术及其国内外发展现状与发展趋势三方面对其进行了介绍，为伺服控制系统的设计及研究提供了参考。

关键词：光电跟踪，伺服控制系统，跟踪精度

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第1章引言

光电跟踪伺服控制系统是一个包括光电探测、信号处理、控制系统及精密机械等几部分组成的复杂设备。它的主要功能是根据光电传感器送来的目标位置偏差信号的大小及方向控制伺服电机驱动跟踪轴，减小偏差，实现对目标的光电闭环自动跟踪，其具有实时性、精度高的特点，在靶场测量、武器控制、航空等各种军用与民用领域有着广泛的应用。

随着现代技术的发展、目标机动性能的增强，对光电跟踪仪的伺服控制系统要求越来越高，要求其响应更快、稳定和跟踪精度更高。某些系统甚至要求跟踪精度达到1μrad。多年来，国内外的科技工作者在提高光电跟踪仪伺服控制系统跟踪精度方面进行了深入的伺服控制策略方面的研究。

为此，深入了解光电跟踪仪伺服控制系统的工作原理、关键技术的应用与研究及国内外发展现状，对于探讨进一步提高其性能指标的方法具有重要的意义。

光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状

第2章光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理

该系统一般由计算机控制单元、环路控制单元、电源及控保单元、功率驱动单元及转台、驱动电机组成。其基本原理是：计算机控制单元接受光电传感器送来的目标位置偏差信号（引导信号），并采集各端口的控制状态，根据当前的工作模式，经过一定的算法运算对信号进行处理后，送至环路控制单元，环路控制单元通过控制伺服转台电机驱动转台带动光电传感器，使光电传感器的光轴指向目标，达到自动跟踪的目的。

2.1计算机控制单元

计算机控制单元主要完成接收转台测角数据、接收激光距离数据、接收电视差值数据、完成系统自检、采集各种工作状态和通道切换等功能。系统具有手动、自动和引导等工作模式。程序控制流程如图2-1所示。

图2-1 程序控制流程

2.2环路控制单元

为保证系统具有良好的控制特性，环路控制模块通常采用位置环、速度环、电流环三环控制技术。其结构如图2-2所示。

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图2-2 系统环路结构

其中，电流环是系统内环，可以看作速度环的一个环节，具有控制电机电流、防止电机电流超过额定值、拓宽系统带宽、抵抗负载力矩扰动和改善电机动态性能等功能。为使电机电流超调量小，电流环设计成典型Ⅰ型系统，其结构如图2-3所示。速度环设计成Ⅱ型系统，其结构如图2-4所示。位置环保证系统按一定的精度完成自动跟踪，为保证系统跟踪精度，位置环设计成Ⅱ型结构，其结构如图2-5所示。Ⅱ型结构与Ⅰ型结构相比，具有抗干扰能力强，速度响应无静差的优点，缺点是超调量大。

图2-3 电流环环路结构

图2-4 速度环环路结构

图2-5 位置环环路结构