舰载激光通信终端的视轴稳定控制方法研究

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舰载激光通信视轴伺服系统是舰载激光通信平台的重要组成部分,主要负责建立收发双方稳定的通信链路。但是在复杂的海洋环境下,舰载视轴伺服平台面临诸多扰动因素:浪、风、流对平台的影响以及平台内部的振动、噪声等,均会对使用点对点模式的激光通信方式造成很大阻碍,使得视轴无法精确对准,导致通信质量降低甚至通信中断。因此,为了保证动态视轴的精确对准,且能够稳定跟踪相关机动目标,必须采取相关控制策略抑制载体平台所受扰动。本文首先介绍了舰载激光通信平台的各组成部分的结构及工作原理,对视轴伺服系统的结构做了详细的分析,即根据陀螺等传感器得到载体平台的姿态数据,交由粗跟踪执行结构进行视轴跟瞄操作,在此基础上由精跟踪实现更小范围、更高精度的俯仰、方位角度微调。分析了舰载平台受到的内外扰动因素,说明其对舰载平台稳定性能的影响,提前做好相关理论框架,为接下来的扰动计算奠定基础。其次,针对复杂海上环境的舰载平台,通过坐标系转换的方法分析海浪对船体姿态造成的变化,得到视轴受海浪作用力产生的角位移等数据,建立舰载平台的动力学模型,并根据视轴伺服控制系统的回路特点,建立其机电模型,并分别进行了仿真分析。然后,针对舰载视轴伺服系统受复杂扰动的情况,本文设计了一种改进型线性自抗扰控制方法,在线性自抗扰控制算法的基础上增加跟踪微分器环节,并进行了推导证明,分析了该控制算法自身的稳定性及抗干扰能力。通过仿真实验验证了线性自抗扰控制方法在舰载复杂扰动情形下较强的抗干扰能力及误差隔离效果,适合相关载体视轴的控制方法研究。最后,建立模拟舰载实验系统,针对舰载激光通信终端的视轴稳定跟踪效果进行了相关模拟实验。经GPS和陀螺仪所测的姿态信息实时转换后,得到力矩电机需要转动的角度,利用控制器对扰动作用下的视轴偏移量进行实时补偿。实验结果表明,该稳定控制技术满足视轴跟踪的精度要求,具有良好的跟踪性能,可以实现舰载激光通信链路的稳定建立,验证了该控制算法在视轴跟踪过程中的适用性与稳定性。
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