[发明专利]一种快反镜复合稳定平台控制系统及其设计方法

说明书

一种快反镜复合稳定平台控制系统，包括主稳定平台位置控制器、次稳定平台位置控制器，以及可同时检测主、次稳定平台角度偏差的角度检测装置；所述角度检测装置为图像识别装置；所述角度检测装置的信号输出端分别与所述主稳定平台控制器、次稳定平台位置控制器输入端连接；所述主稳定平台控制器输出端还通过一个滤波器与所述次稳定平台位置控制器输入端连接；所述滤波器与角度检测装置的传递函数相同。本发明可以将次稳定平台对主稳定平台传递函数产生的耦合影响单独分离控制，避免多种影响因子叠加造成后续控制手段复杂化；本发明控制结构简单，控制闭环清晰,便于进行工程设计实现。

技术领域

本发明属于惯性稳定控制领域，涉及一种快反镜复合稳定平台控制系统及其设计方法。

背景技术

快反镜具有线性度高、响应速度等优点，是复合轴式光电控制系统中的核心控制单元。目前复合轴光电系统已由传统的地基式，不断发展到各种运动平台式系统。运动平台的各种外界物理振动，会严重影响系统的视轴稳定精度。采用扰动观测器、自抗扰技术、滑膜控制及自适应控制技术等可以提高系统在低频段抵抗干扰的能力，而对于运动平台带来的高频振动抑制要依赖于平台自身的机械隔振能力。由于快反镜的控制精度决定了光电系统最终可实现的控制精度，因此，提高快反镜在全频段的扰动抑制能力至关重要。

在发表于在2019年发表于《Sensors and Actuators A:Physical》的文献《Characteristic analysis and robust control design of double-stage precisionstabilized platform》中，作者提出了一种复合稳定平台，它由上下固连安装在一起的两个快反镜构成。上面的快反镜称为主稳定平台，主要实现系统的光束偏转和稳定控制；下面的快反镜称为次稳定平台，只用于实现稳定控制，抑制搭载复合稳定平台的载体振动对主稳定平台的影响，复合稳定平台上的观测仪器视轴受到两个稳定平台偏转角度及基座振动角度的震动影响。由于次稳定平台与主稳定平台之间存在扰动传递通道，导致次稳定平台的输出会通过该扰动传递通道耦合作用于主稳定平台的闭环回路中。该耦合的存在不仅导致控制器设计困难，而且会降低系统的跟踪精度。因此需要提出消除耦合的控制方法。

发明内容

为克服现有快反镜反馈控制方法存在的缺陷，本发明公开了一种快反镜复合稳定平台控制系统及其设计方法。

本发明所述快反镜复合稳定平台控制系统，包括主稳定平台位置控制器、次稳定平台位置控制器，以及可同时检测主、次稳定平台角度偏差的角度检测装置；所述角度检测装置为图像识别装置；所述角度检测装置的信号输出端分别与所述主稳定平台控制器、次稳定平台位置控制器输入端连接；所述主稳定平台控制器输出端还通过一个滤波器与所述次稳定平台位置控制器输入端连接；所述滤波器与角度检测装置的传递函数相同。

优选的，所述图像识别装置为CCD传感器，所述CCD传感器的传递函数在所述控制系统中近似处理为A＝e^-τs，其中τ为CCD传感器的滞后时间常数。

本发明还公开了一种快反镜复合稳定平台控制系统设计方法，包括如下步骤：

步骤(1)：根据复合稳定平台的功能设计，用一个图像识别装置同时作为主稳定平台和次稳定平台的位置传感器，形成单检测型控制系统；

步骤(2)：在上述单检测型控制系统中引入解耦支路，具体为将主稳定平台的位置输出端与次稳定平台的位置控制器的输入端添加滤波器；

步骤(3)：用A＝e^-τs描述图像识别装置的传递函数，并测量的延迟时间常数τ，使滤波器传递函数等于图像识别装置的传递函数；

步骤(4)：进行复合稳定平台的位置闭环设计，即先以图像识别装置的输出信号作为主稳定平台的位置反馈信号完成主稳定平台的位置闭环，再以所述图像识别装置的输出信号作为次稳定平台的位置反馈信号完成次稳定平台的位置闭环；