光电经纬仪的高精度电视自动跟踪

　　0　引言

　　光电经纬仪是采用光电技术,具有实时测量和自动跟踪功能的光电测量设备。它用于捕获、跟踪飞行目标。随着飞行目标的速度和机动性的提高,对光电经纬仪跟踪系统跟踪快速运动目标的能力提出了越来越高的要求。本文针对目标的高速度、大加速度以及较高的跟踪精度的要求,设计了电视自动跟踪系统。

　　1　系统组成

　　光电经纬仪跟踪系统由力矩电机、H桥式PWM功率放大器、全数字伺服控制器以及作为检测元件的24位轴角编码器组成。伺服控制器采用以嵌入式PC104工控机为核心的计算机系统和CPLD器件完成[1]。电视自动跟踪是光电经纬仪跟踪系统的主要跟踪方式之一。电视自动跟踪系统是以电视脱靶量作为位置回路反馈,其构成如图1所示。

　　2　系统原理

　　电视自动跟踪系统是由速度内环与位置外环构成的双闭环控制系统组成。采用电视脱靶量作为位置回路反馈,编码器微分后作为速度回路的反馈。电视自动跟踪系统实现高精度跟踪的关键是采用了速度滞后补偿[2]和加速度滞后补偿[3]技术,即采用低通滤波后的经纬仪的部分速度和加速度等效成目标的速度和加速度,送回到速度回路,构成等效速度前馈和加速度前馈,形成等效复合控制,其原理如图2所示。

　　在系统中速度回路可等效为一个惯性环节,位置回路采用二阶调节器形式,速度滞后补偿为加速度滞后补偿为。经

计算可得出,没加入速度滞后补偿和加速度滞后补偿时,系统的速度、加速度品质因数为

　　同时加入速度、加速度滞后补偿时,系统的速度、加速度品质因数为

　　通常选取T₁ T₂,T₁>T_a>T₂,0<α<1,0<β<1,可以看出加入速度、加速度滞后补偿后,系统的速度、加速度品质因数比以前提高了。

　　3　系统稳定性分析

　　稳定是控制系统的重要性能,也是系统能够正常运行的首要条件。根据胡尔维茨稳定判据,线性系统稳定的必要条件是,系统特征方程的各项系数为正且不缺项[4]。速度回路的闭环传递函数为

　　Tα的选择见文献[2],Tβ的选择见文献[3]、[5]。

　　4　电视自动跟踪系统的设计及仿真

　　在如图3所示的实际系统中,速度回路可等效为一个惯性环节位置回路采用二阶调节器,其形式为速度滞后补偿调节器为,加速度滞后补偿调节器为,经计算得出实际系统的品质因数为Kv= 40 000,Ka=5 010,输入50°速度、30°加速度的正弦信号进行MATLAB仿真,仿真精度如图4所示。

　　最大误差≤0.015°=54″。