关键词:
合成孔径
大惯量转台
共相误差
压电陶瓷
迟滞特性
神经网络
摘要:
随着飞行器隐形技术的发展,各种飞行器的雷达反射截面愈发减小,对国家领空安全带来了极大挑战。合成孔径高分辨成像技术是实现隐形动态目标探测与跟踪的重要手段,其工作原理是由光学成像系统获取高分辨率目标图像,利用两轴旋转台实现空间大范围探测与跟踪。但由于其光学系统是由多个小口径组成的望远系统,子光束间存在共相误差,严重影响了系统成像质量,需以压电陶瓷微位移平台对共相误差进行消除或补偿。因此,研究合成孔径成像平台机电控制系统主要面临以下两个方面的问题:1)对于旋转台,由于合成孔径成像系统质心不能完全落在旋转轴上,导致转台力矩不平衡,系统摩擦力矩增大,严重影响了转台稳定性,该问题在转台运动到不同姿态或做变速运动时更加明显;2)对于光程补偿位移平台,现阶段研究主要以提高压电陶瓷迟滞建模精度为主,缺少以整体系统为对象综合考虑压电陶瓷迟滞建模精度、位移平台控制精度和整体抗干扰性能的系统研究。针对以上问题,本文以合成孔径成像系统为研究对象开展了以下四个方面的研究工作:(1)根据光学系统对成像平台提出的技术要求,通过分析与总结机电系统的基本功能需求与技术指标,设计了合成孔径成像系统整体框架结构与光程补偿调节结构。基于成像系统机械结构特征,推导出了转台转动惯量与转矩的数学表达式,建立了转台在三维空间中坐标转换方程。针对成像平台总体功能与设计目标,提出了成像平台总体控制方案。(2)针对大惯量转台在变速运动过程中力矩、摩擦与振动干扰导致系统运行不稳定的问题,提出了一种以神经网络系统对伺服系统控制参数进行自整定的控制方案,并在MATLAB环境下进行了传统伺服三环PID控制算法与本文所提控制方法的仿真对比实验,结果表明,本方法有效提高了转台系统的控制精度、响应速度和适应能力。(3)针对压电陶瓷材料存在迟滞非线性和抗干扰能力弱等问题,通过建立压电陶瓷迟滞模型、改进传统PID控制器的积分项和微分项,提出了一种由迟滞逆模型前馈与带有滤波器的变速积分PID反馈组成的复合控制器。对普通复合控制器与改进的复合控制器进行了仿真对比实验,结果表明,改进的复合控制有效提高了压电陶瓷促动器的控制精度、响应速度和抗干扰性能。(4)为了验证上述所提控制策略的有效性,完成了合成孔径成像系统软硬件设计,并基于此进行了系统验证实验,结果表明,成像系统可以获取清晰的目标图像,在对动态目标进行跟踪与锁定过程中,最大跟随误差仅为10mrad,子系统中,旋转台跟随误差在0.6mrad以内,压电陶瓷光程补偿平台跟随误差在3nm以下。