一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法及系统，此方法包括步骤：1)测量被控对象运动状态时的运动信息；2)对被控对象进行进行频率响应测试，得到幅频特性数据，构建被控对象传递模型；3)根据运动信息对被控对象设计多环路控制器：4)将跟踪单元的速度经过PD控制后，发送至火力单元的速度环输入，作为前馈控制；5)建立simulink模型，生成实现跟踪控制的标准代码文件，并将代码文件下载到控制器中；6)在模拟的载体环境中，测试光电搜索跟踪系统的跟踪过程，得到跟踪数据；7)根据跟踪数据对光电搜索跟踪系统进行动态环境下稳定精度的性能评价。本发明专利技术具有成本低、周期短、测试环境局限小、评价精准等优点。评价精准等优点。评价精准等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及光电搜索跟踪系统
，具体涉及一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法及系统。

技术介绍

[0002]光电搜索跟踪系统是集光学、精密机械技术、电子学、控制理论和计算机技术于一体的综合性测量装置。响应速度和跟踪精度是衡量光电跟踪性能的主要技术指标，实现快速高精度跟踪控制，成为许多高精度光电跟踪设备追求和解决的目标。由于新技术的不断发展融合，光电搜索跟踪系统被广泛用于国防和国民经济的各个领域。如用于车载平台上的光电搜索跟踪系统，主要是捕捉和识别击打目标，提供目标准确的空间位置信息，极大的提高了火控系统的打击命中率，提升了军队的战场生存能力。其中安装在车载平台的光电搜索跟踪系统，在行进过程中，会受到载体姿态变换、车体振动、崎岖路面带来的颠簸及风阻力矩的影响；安装在船舰上的光电搜索跟踪系统面临着比基地光电跟踪系统跟困难的挑战，一方面船舰在水中航行会受到各种复杂的干扰作用，安装在船舰甲板上的光电跟踪设备受这些载体耦合干扰的影响，其视轴会偏离被测目标；另一方面，船舰受扰产生的摇摆会使光电跟踪系统发生相同的运动，增大了捕获目标的难度。
[0003]鉴于光电搜索跟踪系统的重要作用和广阔的应用前景，必须建立一个稳定系统，保证光电搜索跟踪系统能够平稳准确地跟踪目标。而目前现有技术存在以下缺点：
[0004]1、传统的物理建模方法需要先建立理论模型，然后对其中参数进行计算、测量和估计，最终得到控制对象的模型，但实际操作中往往存在控制对象参数复杂，难以实际测量，结构体谐振、姿态干扰和轴系摩擦等非线性因素的干扰，最终导致建立的模型和实际系统差别较大。
[0005]2、单一的稳定环控制器对实际系统中的多重复杂误差因素很难做到统筹兼顾，难以取得令人满意的结果。
[0006]3、光电搜索跟踪系统在室内测试阶段缺乏行进间作战的的真实战场环境，实际外场试验成本又高昂且无法进行重复性的试验，极大的受到人力和物力的限制。
[0007]4、传统的实现跟踪控制算法的代码都是由编程人员手工编写，这样的实现过程需要大量代码编写工作且无法方便地进行算法相关模型的更改，导致开发周期过长，成本高昂。
[0008]5、光电搜索跟踪系统装载在车辆、船舰或飞机上，由于载体的姿态变化、振动和风阻等诸多因素造成视轴指向不稳定。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种成本低、周期短、评价精度高的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法及系统。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0011]一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，包括步骤：
[0012]1)测量被控对象运动状态时的运动信息；
[0013]2)对被控对象进行进行频率响应测试，得到系统的幅频特性数据，构建被控对象传递模型；
[0014]3)根据运动信息对被控对象设计多环路控制器：其中跟踪单元采用陀螺速度闭环模式，跟随的火力单元采用位置闭环模式，电流环和速度环在自带的驱动器内部完成；将跟踪单元的位置发送到跟随的火力单元作为其位置环的输入，让火力单元跟随光电进行稳定跟踪；
[0015]4)将跟踪单元的速度经过PD控制后，发送至火力单元的速度环输入，作为前馈控制，以此提高跟随精度；
[0016]5)建立simulink模型，生成实现跟踪控制的标准代码文件，并将代码文件下载到光电搜索跟踪系统的控制器中；
[0017]6)在模拟的载体环境中，测试光电搜索跟踪系统的跟踪过程，得到跟踪数据；
[0018]7)根据跟踪数据对光电搜索跟踪系统进行动态环境下稳定精度的性能评价。
[0019]优选地，在步骤1)中，所述运动信息包括角位置信号和角速率信号。
[0020]优选地，在步骤2)中，通过dSPACE对被控系统进行频率响应测试，得到系统的幅频特性数据，将测得的频率响应数据放入MATLAB中的ident工具箱中构建一个近似的、先验的被控对象传递模型。
[0021]优选地，所述被控对象传递模型为速度开环传递函数:
[0022][0023]优选地，在步骤3)中，将速度开环传递函数导入MATLAB中的sisotool工具箱，根据系统设计速度环超前滞后控制器为:
[0024][0025]对随动单元的位置跟踪回路进行扫频，设置扫频频率为2KHz，采样周期0.0005s，辨识出速度开环传递函数为：
[0026][0027]考虑系统稳定条件、控制精度等要求，设计位置控制器为：
[0028][0029]优选地，在步骤5)中，通过MATLAB软件的代码自动生成环境RTW生成实现跟踪控制算法的标准C语言代码文件。
[0030]优选地，在步骤6)中，由六轴摇摆台模拟的行进晃动车体模拟载体环境。
[0031]优选地，根据设计的速度环和位置环控制器对光电搜索跟踪系统进行动态环境测试，将六轴摇摆台升起，分别按1度1Hz、2度1HZ、3度1Hz和3度0.5Hz幅度摆动，以此模拟在不同路况下的车体晃动，模拟真实的室外环境。
[0032]优选地，在步骤7)中，将跟踪数据导入MATLAB编写的性能评价机制文件中，对光电
搜索跟踪系统进行动态环境下稳定精度的性能评价。
[0033]优选地，性能评价过程如下：
[0034]将采集回来的位置和速度跟踪数据取均值：
[0035]对跟踪数据去趋势项处理，消除传感器在获取数据时产生的偏移对后期计算产生的影响，从数据中删除趋势项可以将分析集中在数据趋势本身的波动上；
[0036]对跟踪数据计算3δ值，以此评价动态环境下的跟踪精度:
[0037][0038]绘制稳定精度曲线图和残余速度曲线图，以方便直观看到光电搜索跟踪系统的稳定情况。
[0039]本专利技术还公开了一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价系统，包括：
[0040]第一模块，用于测量被控对象运动状态时的运动信息；
[0041]第二模块，用于对被控对象进行进行频率响应测试，得到系统的幅频特性数据，构建被控对象传递模型；
[0042]第三模块，用于根据运动信息对被控对象设计多环路控制器：其中跟踪单元采用陀螺速度闭环模式，跟随的火力单元采用位置闭环模式，电流环和速度环在自带的驱动器内部完成；将跟踪单元的位置发送到跟随的火力单元作为其位置环的输入，让火力单元跟随光电进行稳定跟踪；
[0043]第四模块，用于将跟踪单元的速度经过PD控制后，发送至火力单元的速度环输入，作为前馈控制，以此提高跟随精度；
[0044]第五模块，用于建立simulink模型，生成实现跟踪控制的标准代码文件，并将代码文件下载到光电搜索跟踪系统的控制器中；
[0045]第六模块，用于在模拟的载体环境中，测试光电搜索跟踪系统的跟踪过程，得到跟踪数据；
[0046]第七模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，包括步骤：1)测量被控对象运动状态时的运动信息；2)对被控对象进行进行频率响应测试，得到系统的幅频特性数据，构建被控对象传递模型；3)根据运动信息对被控对象设计多环路控制器：其中跟踪单元采用陀螺速度闭环模式，跟随的火力单元采用位置闭环模式，电流环和速度环在自带的驱动器内部完成；将跟踪单元的位置发送到跟随的火力单元作为其位置环的输入，让火力单元跟随光电进行稳定跟踪；4)将跟踪单元的速度发送至火力单元的速度环输入，作为前馈控制；5)建立simulink模型，生成实现跟踪控制的标准代码文件，并将代码文件下载到光电搜索跟踪系统的控制器中；6)在模拟的载体环境中，测试光电搜索跟踪系统的跟踪过程，得到跟踪数据；7)根据跟踪数据对光电搜索跟踪系统进行动态环境下稳定精度的性能评价。2.根据权利要求1所述的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，在步骤1)中，所述运动信息包括角位置信号和角速率信号。3.根据权利要求1所述的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，在步骤2)中，通过dSPACE对被控系统进行频率响应测试，得到系统的幅频特性数据，将测得的频率响应数据放入MATLAB中的ident工具箱中构建一个近似的、先验的被控对象传递模型。4.根据权利要求3所述的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，所述被控对象传递模型为速度开环传递函数:5.根据权利要求4所述的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，在步骤3)中，将速度开环传递函数导入MATLAB中的sisotool工具箱，根据系统设计速度环超前滞后控制器为:对随动单元的位置跟踪回路进行扫频，设置扫频频率为2KHz，采样周期0.0005s，辨识出速度开环传递函数为：考虑系统稳定条件、控制精度等要求，设计位置控制器为：6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光电搜索跟踪系统的半实物性能评价方法，其特征在于，在步骤5)中，通过MATLAB软件的代码自动生成环境RTW生成实现跟踪控制算法的标准C语言代码文件。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀蓉，周鑫，王峰，胡耀飞，岳朝庆，吴栋，张智永，鲁海，黎鸥，
申请(专利权)人：湖南宇正智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：