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基于滑模变结构控制的光电经纬仪目标捕获动态性能研究

作　者: 吴培
导　师: 高慧斌
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 滑模变结构控制全视场捕获无超调无抖振脱靶量预测
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 48次
引　用: 2次
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内容摘要

光电经纬仪对目标的捕获是指从电视跟踪器视场中发现目标,伺服系统迅速反应,到抓住目标,进行稳定跟踪的这个过渡过程。近年来,被测目标的运动速度越来越快,目标穿过视场的时间也越来越短,对经纬仪自动捕获能力的要求也越来越高。由于捕获过程是一个过渡过程,所以经纬仪的捕获能力主要决定于系统动态性能和机动能力的好坏,而改善系统动态性能是增强经纬仪捕获能力、提高捕获成功率的重要途径。本文首先研究了目标捕获问题中的各种控制算法,针对这些算法的缺陷引入滑模变结构控制,然后建立了光电经纬仪伺服系统模型,并设计了基于比例切换控制的基本滑模变结构控制器,且从理论上证明了滑动模态的存在性和可达性,并通过仿真验证了控制器的有效性。接下来,在基本滑模变结构控制器基础上,引进变系数滑模面,采用连续控制律,成功设计出改进滑模变结构控制器,使系统在捕获初始阶段自动判断运动方向,在到达滑模面时控制超调量,处于滑动模态时加快收敛速度,实现了快速无超调全视场捕获,并消除了抖振现象。在视场宽度为1.53o,经纬仪最大角速度为78o/s,目标提取时间设定为3帧的情况下,通过仿真实验探索了系统的捕获能力:在不采用记忆跟踪的情况下,系统能够捕获速度最大为12.5o/s的目标;若采用记忆跟踪,将调节时间限定在0.8s内,系统能够捕获速度最大为23o/s的目标。另外,针对工程实际中电视跟踪器采样频率过低以及图像处理过程的延迟等问题,本文提出了基于自适应LMS滤波的脱靶量预测方法,成功克服了脱靶量输入时滞对滑模控制器的不利影响,取得了良好的控制效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-19
  1.1 光电经纬仪及目标捕获问题介绍  9-11
  1.2 目标捕获控制算法的研究现状  11-13
  1.3 滑模变结构控制理论  13-17
    1.3.1 滑模变结构控制的基本原理  13-15
    1.3.2 滑动模态的存在和到达条件  15-16
    1.3.3 滑模控制器设计的基本方法  16-17
  1.4 论文的研究内容和结构安排  17-19
第2章基本滑模变结构控制的实现  19-32
  2.1 引言  19-20
  2.2 光电经纬仪跟踪伺服系统建模  20-22
    2.2.1 被控对象的数学模型  20-22
    2.2.2 电视跟踪器的数学模型  22
  2.3 滑模变结构控制器的设计  22-24
    2.3.1 系统状态变量的选取  22-23
    2.3.2 切换函数的设计  23
    2.3.3 控制律的设计  23-24
  2.4 滑动模态的存在性与可达性  24-27
  2.5 仿真实验及结果分析  27-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章改进滑模变结构控制的实现  32-44
  3.1 引言  32-33
  3.2 变系数滑模面  33-36
  3.3 连续控制律  36-37
  3.4 仿真实验及结果分析  37-43
    3.4.1 关于系统动态性能的仿真  37-41
    3.4.2 关于系统捕获能力的仿真  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章基于自适应滤波的脱靶量预测方法  44-51
  4.1 引言  44-45
  4.2 自适应LMS 滤波器的设计  45-48
  4.3 仿真实验及结果分析  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章总结与展望  51-53
参考文献  53-56
在学期间学术成果情况  56-57
指导教师及作者简介  57-58
致谢  58

基于滑模变结构控制的光电经纬仪目标捕获动态性能研究

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