华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对车载行进间状态下光电平台稳像效果不佳的问题, 提出了一种有效的优化方法, 即减小陀螺采样频率和系统控制周期, 在驱动电路中增加电流环, 同时在控制回路中增加扩张状态观测器实现对扰动的观测和补偿。从摇摆台测试和实际跑车测试两方面检验了所提出方法的有效性。摇摆台三轴3°、2 s摇摆条件下, 光电平台双轴稳定精度优于0.15 mil(1σ); 土石路面, 车速15~30 km/h情况下, 光电平台双轴稳定精度优于0.2 mil(1σ)。该方法简单有效, 在传统PID算法的基础上, 仅需做适当的优化, 即可实现较明显的稳定精度改善。该方法同样适合于舰载、机载光电平台, 并已在相应的光电平台中得到应用。
采样频率 电流环 扩张状态观测器 比例积分微分控制 光纤陀螺 sampling frequency current loop expanded state observer PID control fiber optic gyro
小型化和高动态是红外成像稳定平台技术的发展趋势。由于转动惯量小，传统的 PI型电流环控制难以克服反电动势的斜坡干扰，将降低小惯量红外稳定平台的动态响应。同时，高动态的小惯量红外稳定平台技术另一难点是平衡动态性和抗扰性能。为解决上述问题，本文提出一种基于无差拍预测控制和扩张状态观测的复合电流控制方法，有效提高了小转动惯量红外稳定平台的动态响应能力和抗干扰能力。仿真和实验结果表明，该复合电流控制方法将小惯量红外稳定平台电流环的调节时间缩短 1/3，对速度响应的动态性能和抗干扰性能都有明显改善作用，而且具有很好的鲁棒性能。
红外稳定平台 小转动惯量 电流环 复合控制 infrared stable platform，small moment of inertia
为满足稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求, 通过优化控制结构和控制算法改善系统控制性能。在速度闭环控制的基础上, 引入电流内环, 提高直流力矩电机的力矩控制精度; 采用串联超前滞后校正装置提高系统的隔离度和稳定裕度; 利用模糊控制器在线整定PID控制器参数,提高系统动态性能。Simulink仿真表明, 系统在常值力矩、周期性力矩及周期性角速率干扰下隔离扰动, 具有响应速度快、隔离度好、稳定性高等特点。
稳定平台 伺服控制 电流环 校正 模糊控制 stabilized platform servo control current loop correction fuzzy control
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春，130033
2 中国科学院大学，北京 100039
提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先，利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型，从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响；然后，采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律；最后，在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5 Hz以内任意频率扰动的抑制能力，并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明：与传统的平方滞后超前控制器相比，采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56 dB；而且随着扰动频率大于0.5 Hz，自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显，扰动隔离度最多可提高12.03 dB。同时，自抗扰控制器具有很强的鲁棒性，允许被控对象参数在15%的范围内任意变化，可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求，对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。
航空光电稳定平台 自抗扰控制器 扩张状态观测器 扰动补偿 扰动隔离度 电流环 aerial photoelectrical stabilized platform active disturbance rejection controller extended state observer disturbance compensation isolation degree of disturbance current loop
哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080
针对死区效应会导致永磁同步直线电机相电流失真、推力波动, 从而限制其在精密气浮工作台等高精度、低频轻载场合应用的问题, 提出了一种根据相电流极性改变驱动器输入信号脉冲宽度来补偿死区效应的方法, 双刷新补偿法(DUDTC )。首先, 分析了死区效应引起的驱动器输出信号脉冲宽度变化, 给出了脉宽调制(PWM)信号上升沿和下降沿的补偿与相电流极性间的关系; 然后, 在Matlab/Simulink中对死区效应的影响和双刷新补偿法的作用进行仿真; 最后, 在直线气浮工作台系统中实现了双刷新补偿法。实验显示, 该方法相位延迟仅0.5个伺服周期, 在电机速度开环和闭环下均使相电流畸变减小, 波形正弦化。结果表明, 双刷新补偿法能有效改善直线电机电流环性能, 且代码量少、移植性好, 适用于各类数字开关驱动系统。
死区补偿 永磁同步直线电机 精密工作台 电流环 Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor(PMLSM) dead-time compensation precision stage current loop 光学 精密工程
2012, 20(12): 2712
华中光电技术研究所 武汉光电国家实验室，武汉 430073
大负载对舰载光电平台主要有两个方面的影响：一是谐振频率降低，系统频带变窄；二是扰动力矩增大。要保证稳定精度，需要提高系统的力矩刚度，同时对扰动进行补偿。本文提出在以测速机构成的速度闭环中加入电流环，同时用陀螺进行角速度前馈，用扰动观测器对扰动力矩进行补偿的方法。理论和仿真结果表明：电流环能够提高系统的力矩刚度，陀螺前馈加强了对船摇扰动的隔离，扰动观测器能够很好地补偿扰动力矩的作用。这种方法使稳定精度提高了1 个数量级，对工程实践具有一定的指导意义。
大负载 谐振频率 力矩刚度 电流环 陀螺前馈 扰动观测器 heavy load resonance frequency torque rigidity current loop gyro feedforward disturbance observer
中国科学院上海技术物理研究所， 上海 200083
为了使用交流永磁同步电机(PMSM)设计高精度光机扫描机构的运动控制器，作者分析了PMSM及其控制器的 数学模型，用SIMULINK对PMSM和控制器进行了建模和仿真。在此模型的指导下，作者搭建出了达到预期性能的物理实验系统。通 过电流环的仿真和实验结果对比证明，基于SIMULINK的PMSM控制器模型仿真结果真实可信，对于设计和调试PMSM运动控制器很有帮助。
PMSM建模 SIMULINK仿真 电流环 运动控制 PMSM model SIMULINK simulation current loop motion control
光电跟踪系统的力矩波动是影响其跟踪精度的一个关键问题。基于某光电跟踪控制系统动态模型,从抑制噪声的角度分析了加入电流环对抑制力矩波动的影响,同时还分析了系统速度、电流两环闭环带宽与力矩波动抑制之间的关系。分析表明,加入电流环后的光电跟踪系统抑制力矩波动的能力明显增强,同时较高的速度回路带宽有利于抑制力矩波动引起的干扰,且在速度带宽一定的情况下增加电流闭环带宽对抑制力矩波动也有一定作用。因此,在设计光电跟踪系统时,在不影响系统稳定性的前提下应选用尽可能大的速度及电流闭环带宽。
光电跟踪系统 随机噪声 力矩波动 带宽 电流环 photoelectronic tracking system random noise momentum fluctuation bandwidth Current loop
1 中国兵器工业第二〇五研究所，西安 710065；国防科技大学 机电工程与自动化学院，长沙 410073
2 中国兵器工业第二〇五研究所，西安 710065
伺服控制是光电稳定平台的关键技术之一。提高控制刚度能够增强隔离载体扰动的效果，但同时可能导致系统不稳定。论文结合理论和试验建立了光电稳定伺服控制系统的简化数学模型，推导出系统控制刚度表达式，指出提高控制刚度的方法；利用劳斯判据求解出系统稳定的解析条件式，描述了稳定性与控制刚度之间的矛盾，并指出陀螺是矛盾关键。论文研究结论得到了仿真和试验验证，对工程实践具有参考价值。
光电平台 伺服控制 陀螺 稳定性 电流环 photoelectric platform servo control gyroscope stability current loop
1 中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
2 中国科学院研究生院,北京,100039
谐振常常造成伺服系统不稳定,影响其控制性能.首先建立光电控制系统的动力学方程,分析了谐振和反谐振产生的原因.伺服系统同样也受到反谐振的影响,并且反谐振出现在谐振之前.由于间隙和摩擦的影响,谐振往往会随之变化,很难用固定的陷波器去补偿.提出一种负载加速度反馈控制算法减小谐振的影响,由此形成三闭环控制模式.根据提出的加速度反馈算法3条准则设计加速度控制器,采用此控制方法速度闭环带宽提高了5Hz左右,谐振峰减小了15dB.并且200Hz以后的谐振迅速衰减,提高了系统的稳定性.
加速度反馈 电流环 带宽 机械谐振 跟踪控制系统
