高精度复合轴跟踪控制系统

( 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
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
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
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
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）
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 )
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
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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)
+ -
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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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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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
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
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
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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
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 ))
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
中国科学院光电技术研究所 2006.12
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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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f x 30 ~ 50( Hz )
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
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。
+
-
W1 (s)
W (s)
C1(S) +
R(S)
+
C(S)
G1 ( s)
-
G2 (s)
+ C2(S)
双检测性 复合轴控 制系统
1 ( s ) e [1 G1 ( s)G2 ( s)][1 W1 ( s)W2 ( s)]
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
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 )
+
+
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