基于仿真的航测相机伺服系统设计.pdf

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1、墨麦旦口科研设计成果口Doi：10．3969／j．issn．1671—1041．2012．03．006基于仿真的航测相机伺服系统设计付婷。张礁，杨辉(1．中国科学院光电技术研究所，成都610209；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：为了得到高精度的航测相机伺服系统。为实际系统实现提供理论依据。对该伺服系统进行基于仿真的设计。首先对控制对象直流力矩电机进行了建模。然后完成整个伺服系统框架的搭建，采用多种控制策略完成电流环。速度环，位置环的校正设计。并针对陀螺稳定回路中引入的飞机姿态的变化加入了前

2、馈控制补偿。最后通过系统仿真。得到了较好的动静态性能。关键词：伺服系统；直流力矩电机；陀螺稳定回路；前馈控制中图分类号：TP29文献标志码：AThedesignofservesystemonaerialcamerabasedonsimulationFUTing。ZHANGJiao，YANGHui(1．InstituofOpticsandElectronics，ChineseAcademyofSciences，Chengdu610209，China；2．GraduateSchooloftheChineseAc

3、ademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：InordertogethighaccuracyAedalcameraservosystemandprovideacademicbasistoimplementofrealsys-tem，weneeddesigntheservosystemduringsimulationenvironmentfirstly．First，webuildmodelsofcontrolledobjectDCtorquemotor．Then，

4、finishbuildingthewholeservosystem，usemultiformcontmlmethodstocompletecorrectionde-signofcurrent-speedandpositionloop．Andadoptfeeddforwardcontroltoofsetdisturbanceimposedbygyrostabilizedloop．Atlast，resultofsystemsimulationindicatesthatthedesignedsystemhasgo

5、oddynamicandstaticperformance．Keywords：servosystem；DCtorquemotor；gyrostabilizedloop；feedforwardcontrolO引言1直流力矩电机建模机载相机工作的过程可分为步进和凝视两个阶直流力矩电机特点是堵转力矩大，空载转速低，段，步进就是按照既定的角度(2．85度)，每次步进到不需要任何减速装置可直接驱动负载，过载能力强。给定位置，步进到位后就进入凝视阶段，相机在凝视长期堵转时能产生足够大的转矩而不损坏。图1绘阶段开始拍照，

6、所以整个伺服系统设计的难点就是步出了额定励磁下直流电动机的等效电路，电枢回路电进要快，凝视要稳。为了提高步进速度，需要选择合阻R和电感L，正方向如图所示。适的控制器算法，本文采用一种简单的智能PID控制I算法来设计位置环的调节器。在机载光电侦查，跟踪，测量等控制系统中，视轴稳定起到了至关重要的作用，而视轴稳定也就是前面所述的凝视时的稳定。机载环境比地面环境要复杂图1额定励磁下直流电动机的等效电路的多，空中气流、风向及风速的变化都会引起载机的由图1可列出微分方程如下：姿态(横滚、俯仰及偏航)变化，且当载机的翼

7、展越小、重量越轻，这种影响就越严重。载机姿态变化的：尺+华+E(1)“t直接影响是相机光轴倾斜，光轴倾斜导致获得的图像E=C凡(2)发生几何畸变。为了稳定相机视轴，隔离载机非平稳飞行所引入的角运动，确保成像质量。本文使用惯性一：l，鲁(3)陀螺测速，测出载机的角运动信号，带入整个闭环系=C(4)统，通过系统自身调节器将其抵消。式中，一包括电机空载转矩在内的负载转矩，单位为欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息ElCVo1．192012NO．317i!夔堡盐盛墨日仪器仪表用户N·m；一额定励磁下的电磁转矩；c一

8、电机反电势常来设计的，后来又出现了以状态变量模型为基础的现数，单位为V／rad／s；．，一电机总的转动喷量，单位为N·代设计方法。传统的经典设计方法对单入一单出系z；C：3~C统来说是非常简单实用的。这种方法根据给定的频率m．_电机力矩常数，单位为N．A。e性能指标，包括系统的稳定裕度，带宽等，来设计出期定义下列时间常数：望的频率特性。为了得到符合指标要求的频率特性曲=去，电磁时间常数，单位为s；=JR，机电线，