光电跟踪伺服系统二次跟踪控制

光电跟踪稳定平台控制系统关键技术浅析【摘要】当前无人机的研究工作和设计水平越来越高，光电跟踪稳定平台作为无人机的重要组成部分，应用也更加广泛。

光电稳定平台的跟踪和稳定程度将会直接影响到整个系统的成像质量。

本文就主要对当前光电跟踪稳定平台控制系统关键技术进行了分析，从视轴稳定控制和自抗扰控制等方面进行了研究，以期能够给日后的光电跟踪稳定平台控制系统中的关键技术有一定的帮助。

【关键词】光电跟踪稳定平台；控制系统；关键技术1 当前光电跟踪稳定平台的研究现状1.1 光电跟踪稳定平台的研究背景光电跟踪稳定平台对无人机、战车以及舰船等载体有着扰动的作用，并且能够更快的对跟踪机动目标进行快速的捕捉，当前已经在侦查、测量以及搜索和营救等多方面都有着广泛的应用。

在军事方面，随着当前科学技术的快速发展，现代化的战争形势也已经出现了。

光电跟踪稳定平台对军事武器的打击力的提升也有着很重要的作用，以往的海、陆、空三维方式的战场已经转变成当前的海、陆、空、信息、天为一体的五维战场。

对比近年来的战争来看，情报信息的实时性已经成为了决定战争胜利与否的重要因素。

而近些年来，侦查用的无人机在战争中的优势和作用也逐渐显现出来了，世界各国也都对无人机的性能进行了大力的研究和开发，我国的侦查用无人机的研发工作也成为了当前国家重点的研究项目。

1.2 光电跟踪稳定平台的研究现状光电跟踪稳定平台，在无人机中有着眼睛的作用，想要对机动目标进行跟踪和测量，与定基座的光电稳定平台伺服系统在性能上有很大的出入，主要是因为机载光电跟踪稳定平台利用了视轴稳定控制的方式。

视轴稳定技术主要是应用了陀螺仪等作为传感器，使其具有更好的稳定性，能够组成一个相对稳定的控制闭环，能够实时的测量出光电跟踪稳定平台在惯性中出现的角速率，并对其工作状态进行伺服系统的调整。

稳定视轴的主要作用就是能够保证摄像机以及红外热像仪等测量功能能够得到更高质量的图片或者视频，而更高质量的图像或者是视频能够提高对跟踪目标的准确度和精准度，进而保证光电稳定平台对目标的跟踪性能。

光电跟踪仪伺服控制系统原理及发展现状2012年 6 月目录摘要 (1)第1章引言 (2)第2章光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理 (3)2.1计算机控制单元 (3)2.2环路控制单元 (3)第3章光电跟踪仪伺服控制系统的关键技术 (5)3.1瞄准线稳定技术 (5)3.2复合控制技术 (5)3.3等效复合控制与预测滤波技术 (6)3.4共轴跟踪技术 (6)3.5复合轴控制技术 (7)3.6其它高精度控制技术 (8)第4章光电跟踪仪伺服控制系统的国内外发展现状及趋势 (9)4.1国内外发展现状 (9)4.2发展趋势 (9)摘要光电跟踪仪中的伺服控制系统是光电跟踪设备的重要组成部分，其跟踪精度是衡量光电跟踪设备的主要指标，实现高精度跟踪控制，成为许多高精度光电跟踪设备必须解决的难题之一。

因此要获得高精度的光电跟踪仪，必须深入了解其伺服控制系统。

本文从光电跟踪仪伺服控制系统的基本原理、关键技术及其国内外发展现状与发展趋势三方面对其进行了介绍，为伺服控制系统的设计及研究提供了参考。

关键词：光电跟踪，伺服控制系统，跟踪精度第1章引言光电跟踪伺服控制系统是一个包括光电探测、信号处理、控制系统及精密机械等几部分组成的复杂设备。

它的主要功能是根据光电传感器送来的目标位置偏差信号的大小及方向控制伺服电机驱动跟踪轴，减小偏差，实现对目标的光电闭环自动跟踪，其具有实时性、精度高的特点，在靶场测量、武器控制、航空等各种军用与民用领域有着广泛的应用。

随着现代技术的发展、目标机动性能的增强，对光电跟踪仪的伺服控制系统要求越来越高，要求其响应更快、稳定和跟踪精度更高。

某些系统甚至要求跟踪精度达到1μrad。

多年来，国内外的科技工作者在提高光电跟踪仪伺服控制系统跟踪精度方面进行了深入的伺服控制策略方面的研究。

为此，深入了解光电跟踪仪伺服控制系统的工作原理、关键技术的应用与研究及国内外发展现状，对于探讨进一步提高其性能指标的方法具有重要的意义。

四象限探测器光电跟踪伺服系统的研究李芳;郭建强;何婷婷;李游;殷凯【摘要】In order to accomplishing target tracking in photoelectric way,the four⁃quadrant detector is used to detect ob⁃jects. Filtering of the signal collected by AD acquisition of single⁃chip microcomputer MSP410F169 is conducted. The speed of motor is adjusted with PID algorithm and duty ratio of PWM wave produced by MSP410F169. Through two motors,the space ro⁃tation of the tracking device is realized to track targets.% 为了实现光电跟踪目标，用四象限探测器检测目标物，利用单片机MSP410F169的AD采集，将采集到的信号进行滤波，利用PID算法，以及单片机MSP410F169的时钟控制PWM波的占空比来调节电机的转速。

通过两个电机来实现跟踪装置的空间旋转跟踪目标物。

【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)011【总页数】4页(P119-121,124)【关键词】光电跟踪;四象限探测器;MSP430F169;PID算法【作者】李芳;郭建强;何婷婷;李游;殷凯【作者单位】西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000;西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 610000【正文语种】中文【中图分类】TN820.3⁃340 引言MSP430单片机具有集成度高、嵌入模块多（如12位ADC、16位定时器等）、超低功耗等特点，在许多领域内得到了广泛的应用[1]。

光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法
吴浩;张勇;李欣;佀明华;王伟明
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2022(44)12
【摘要】为实现在光电跟踪系统条件下的高精度测量并且满足复杂环境下高精度
目标匹配,本文选用去均值归一化互相关匹配算法。

为提高匹配速度以及跟踪实时性,利用和表法计算公式中图像求和、平方和图像匹配互相关来简化计算复杂度;采
用小波分层金字塔法作为搜索策略,并将模板质心作为参考点进行十字形搜索,引入
终止阈值减少误匹配点进一步提高搜索速度。

为验证该算法的有效性,实验中将光
电跟踪系统放置在二维转台上,调整转台利用该算法跟踪目标靶板。

实验结果表明,
目标脱靶量控制在3个像素以内,该算法在光电跟踪系统上可实现高精度稳定跟踪。

【总页数】8页(P1301-1308)
【作者】吴浩;张勇;李欣;佀明华;王伟明
【作者单位】陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系;中国人民解放军32181
部队;石家庄铁道大学电气与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O439;TP391
【相关文献】
1.光电跟踪系统高速运动目标快速跟踪算法
2.基于锁相环跟踪算法的高精度轴角-数字变换系统研究
3.Mean-shift 跟踪算法及其在光电跟踪系统中的应用
4.高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究
5.舰载视频高精度光电跟踪系统设计
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光电平台自动跟踪控制技术摘要：光电平台跟踪精度是其一项重要技术指标，影响跟踪精度因素较多，从基本控制理论出发，探讨了前馈控制，速度、加速度滞后补偿，共轴跟踪，新型控制策略等提高跟踪精度的方法。

关键词：光电平台自动跟踪控制技术延迟补偿光电平台是一个集光、机、电、算等技术于一体的复杂系统，广泛应用于侦察、安保、消防、监控、打击效果评估等众多领域。

在较先进的光电平台中，要求平台各框架能自动跟随感兴趣目标运动，使光电探测设备的光轴始终精确指向目标，以便容易完成对目标的判断、识别、测量等。

因此，自动跟踪控制精度是光电平台中一项重要技术指标。

影响光电平台跟踪控制精度的因素较多，主要因素有以下几个方面：①光电传感器静态误差：光电传感器主要由光电探测器、信号处理系统、光学系统等部分组成。

探测器产生静态误差主要有灵敏度、分辨率、线性度、信噪比等；信号处理系统主要有漂移、量化误差等；光学系统主要有通光口径、焦距、装调误差等。

②光电传感器动态误差：主要有光轴的动态晃动，光电探测器的响应延迟，信号处理系统的处理延迟等。

③内环控制指标：指内环带宽、稳定性、控制精度等。

④目标机动特性：指目标运动的速度、加速度、甚至加加速度等指标。

在闭环控制系统中，为了提高控制精度，一般采取提高增益，增加积分环节提高无静差度等措施。

提高增益会增大系统带宽，受到系统机械谐振频率、传感器采样频率、信号处理频率等的限制，带宽不能随意增大。

增加积分环节将使系统稳定性变差，加大超调，甚至造成系统不稳定。

因此，必须探求提高光电平台跟踪精度的新方法。

前馈控制或称复合控制是在闭环控制系统中增加一开环控制支路，用来提供输入信号的一阶、二阶甚至更高阶导数，提高系统的无静差度，较好地解决了控制精度与稳定性之间的矛盾。

在光电平台的跟踪系统中，光电探测器只能测量目标相对光轴中心的相对偏差，不能直接测量出目标运动的角度、角速度等。

采用平台台体测量的绝对位置和光电探测器测量的相对偏差两者合成出目标位置，采用滤波预测技术估算出目标角速度，前馈于跟踪控制系统构成复合控制。

伺服系统中如何实现跟踪误差控制伺服系统是指在工业自动化、机器人等领域中使用的一种控制系统，其功能是将输出信号稳定在给定的目标值附近。

然而，在实际的应用中，由于各种因素的影响，伺服系统实现精确控制时仍会出现误差。

跟踪误差是指实际输出信号与目标值之间的差异，是伺服系统中需要解决的一个重要问题。

本文将介绍在伺服系统中如何实现跟踪误差控制。

一、PID 控制器PID 控制器是一种经典的控制器，常用于伺服系统中。

PID 控制器通过反馈实际输出信号与目标值之间的误差，并根据误差的大小产生控制信号，调节输出信号的值。

其中，P 代表比例项，I 代表积分项，D 代表微分项。

在PID控制器中，比例项用来校正已知误差的百分比；积分项用来校正剩余误差；微分项用来弥补响应速度不够快引起的超调或不稳定问题。

PID控制器可以通过不断调整参数来达到较好的控制效果，是控制伺服系统跟踪误差的一种常用方法。

二、模型预测控制模型预测控制 (MPC) 在伺服系统中也是一种常用的方法。

模型预测控制是一种基于模型的控制策略，通过对系统的预测建模，计算多个时间点的控制量，以优化控制信号的效果。

MPC 利用系统的预测模型对运动趋势进行预测，然后再综合考虑跟踪误差和控制输入的平衡，计算最优的输出信号。

采用 MPC 控制器能够通过对输出信号和状态变量的预测来控制系统，从而在一定程度上减小跟踪误差的大小。

三、自适应控制在实际的应用中，系统参数的变化可能会导致跟踪误差的大小发生变化。

在这种情况下，自适应控制是一种有效的跟踪误差控制方法。

自适应控制是一种可以自动检测系统参数变化并及时响应的控制方法，通过对系统模型的在线更新来实现系统对参数变化的自适应。

自适应控制能够自动跟踪系统的参数，使得伺服系统可以通过自主学习动态模型参数，实现更加准确的跟踪误差控制。

综上所述，PID 控制器、模型预测控制和自适应控制都是常用的跟踪误差控制方法，其原理和适用情况各有不同。