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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。
地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动设计王帅;邓永停;朱娟【摘要】针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题,提出了一种抗扰动控制算法.该算法采用双闭环控制结构:内环为高带宽的电流环,采用PI控制器;外环为速度环;采用线性自抗扰控制器,通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动,然后将该扰动前馈到系统控制量中去,构成复合校正系统.为解决大动态输入引起的控制器饱和问题,状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法,保证了系统的稳定性和良好的动态特性.仿真和实验结果表明:与传统的PI控制器相比,引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能;在低速平稳跟踪实验中,速度波动误差(RM S)由0.00068(°)/s降低到0.00032(°)/s.实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性.%An improved disturbance rejection control algorithm was proposed to overcome the velocity fluctuation caused by the disturbance torque in a large ground-based telescope .The algorithm consists of two closed-loop structures ,an inner high-bandwidth current loop and an outer speed loop .The in-ner current loop is a PI controller .T he outer loop is a speed controller adopting the linear active dis-turbance rejection controller .For the speed loop ,an extended state observer is used to estimate the system disturbances ,and the estimated disturbance is fed into the control system to form a composite correction system .To solve the problem of controller saturation caused by the large dynamic input ,an anti-windup control algorithm was induced the input of the extended state observer to guarantee the stability and good dynamic characteristics of the system . T he simulation andexperimental results show that linear active disturbance rejection controller with anti-windup achieves fast response without overshoot at both high or low speeds as compared with the PI controller .In a low speed smoothing ex-periment ,the algorithm improves the RMS value of speed error from 0 .00068(°)/s to 0 .00032(°)/s . Experimental results demonstrate that the proposed algorithm effectively reduces the velocity fluctua-tion of the servo system caused by the motor torque ripple and improves its speed smooth .【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)010【总页数】9页(P2627-2635)【关键词】地基望远镜;扰动抑制;线性自抗扰控制;交流永磁同步电机;抗饱和;低速性能【作者】王帅;邓永停;朱娟【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;东北师范大学物理学院,吉林长春130024【正文语种】中文【中图分类】TP273;TH743随着探测能力、空间分辨率等要求的提高，地基天文望远镜的口径越来越大，同时对伺服系统跟踪精度的要求也越来更高。
一种光电跟踪伺服控制器的设计与实现以TMS320F28335芯片为伺服控制器核心，设计了一种高精度的伺服控制器。
阐述了光电跟踪伺服系统的硬件组成及其工作原理，着重介绍了伺服控制器的硬件设计，并给出控制电路的原理图。
讨论分析系统的跟踪控制难点，并给出软件解决方法。
实践表明：系统具备稳定性好、精度高、快速响应性好和易调试等特点，达到了预期目标，具有实用价值。
标签：伺服系统；控制器；跟踪系统；DSP1 概述伺服系统又称随动系统，是光电跟踪系统的重要组成部分之一。
光电跟踪伺服系统的工作原理是，当电视或红外摄像机通过图像处理分辨出移动目标，并将目标在视场中与中心点的角度偏差数据传给伺服系统，由伺服系统控制器作数据处理，伺服驱动器通过功率变换控制驱动电机带动光电负载，使电视或红外摄像机的光轴始终瞄准目标，与目标同步运动实现自动跟踪。
伺服系统的精度、稳定性和快速响应性是光电跟踪系统的动态性能和测量精度的重要指标。
跟踪随动系统设计的难点就是如何实现高精度、高稳定性和好的快速响应性。
通常使用的微处理器单片机由于片内资源限制，在数据处理的高运算率和高实时性上已经难以满足现在伺服系统的性能要求。
在随动控制系统中，高性能的DSP已经成为主流控制芯片，逐步取代了单片机。
本设计采用美国德州仪器公司生产的DSP芯片TMS320F28335。
該32位浮点型DSP芯片具有高达150MHz的高速处理能力，它的单指令执行时间最短只有约6.67ns，芯片内部集成了大量电机控制的相关电路资源，并且相比上代DSP具有更高速的数字信号处理能力，能够实时地完成复杂的控制算法。
其片内集成了丰富的电机控制外围部件和电路，简化了控制电路的硬件设计，是一款专为电机控制研发的DSP芯片。
2 系统组成及工作原理该伺服系统主要由控制器、驱动器、伺服电机组、光电编码器、电源及控制保护电路等部分组成[1]，系统组成框图如图1所示。
图1 系统组成框图伺服系统环路设计采用位置环、速度换、电流环三环串级控制方案。
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]。
河南科技上选择、硬件电路设计、研制和调试、应用软件设计、程序编制、调试、仪表结构设计。
3.仪表性能测定阶段。
测试仪表是否达到第一步设定任务。
图2介绍以上各阶段的开发工作。
三、智能型传感器的开发策略和特点1.智能型传感器的开发策略。
（1）在规定时间内设定超声波发射和回波接收的次数，并求出超声波一次传输时间的平均值。
若在规定时间内，没有收到设定的规定次数有效回波，就认为发射或接收系统异常，并给出显示信息。
（2）结合温度传感器测量当前的温度值，运用有关公式，计算出较为精确的液位数值。
（3）人机交互功能。
液晶显示可方便地观察到当前的液位值，通过按键进行选择三种工作模式。
（4）与外部通讯的功能。
2.智能型超声波液位传感器具有传统超声波传感器不具有的特点。
（1）测量精度较高，测量精度取决于智能传感器控制芯片的计数频率，通过修改计数频率可以修改测量的精度。
另外，传感器的测量精度与温度有关系，该智能型超声波传感器可进行温度补偿，提高了测量的精度。
（2）具有诊断功能。
设定超声波的在1s 接收有效回波10次，若未收到10次有效回波，认为接收或发送系统异常，给出异常信息。
（3）具有计算、补偿功能。
采用一定的算法，将10次测量的结果排序，取中间6位，求其平均值，并将温度值进行补偿计算。
（4）通讯功能。
液位信息为数字量，将数字量转变成4～20mA 模拟量输出，模拟电流量有利于传输，抗干扰能力强；将液位信息通过异步串行通讯传给上位机；以太网数据传输，实现远距离传输液位信息。
智能型传感器具有自动测量、高精度、功能扩展容易、与外部通讯功能，完全能适应工业控制体系的网络化、集成化、智能化发展的要求。
图2智能型传感器应用系统开发开始确定系统功能、性能指标单片机的选择、软硬件的划分硬件结构设计软件结构设计相关器件的选择及逻辑设计算法设计及软件流程设计样机设计加工硬件调试软件调试源程序编写软硬件联机软件固化脱机运行系统开发完成光电跟踪仪伺服系统计算机接收光电传感器送来的目标位置偏差信号，经过一定的算法运算和信号处理后，送伺服控制器驱动转台带动光电传感器，使光电传感器的光轴指向目标，达到自动跟踪目的。
