第33卷第3期光电工程Vol.33,No.32006年3月Opto-ElectronicEngineeringMarch,2006:1003-501X(200603-0011-06精密光电跟踪转台的设计与伺服控制姬伟1,李奇1,杨海峰1,许波2(1.东南大学自动化研究所,江苏南京210096;2.江苏大学电气学院,江苏镇江212013摘要:以某型号电视制导导引头为背景,针对载体上光电跟踪系统的特点,设计研制了一种新型四轴精密光电跟踪转台。在介绍转台主要性能指标的基础上,从系统机械谐振、结构建模、元部件选型计算方面进行了详细分析和设计,给出了基于高速DSP控制器和数字滤波的复合闭环伺服控制策略和实现方案。实验测试结果达到预先制定的设计指标和精度要求,表明了系统设计方案的实用性和有效性。所设计转台能够在实验室条件下模拟弹、箭制导导引头和机载光电成像跟踪系统等的动力学特性和各种运动姿态,为实际系统的研制和改进提供重要参考依据和实验数据。关键词:光电跟踪转台;机械谐振;闭环伺服控制;数字信号处理器;数字滤波:TP273;TP391.9文献标识码:ADesignandservocontrolforprecisionopto-electronictrackingturntable激Wei1,LIQi1,YANGHai-feng1,XUBo2(1.ResearchInstituteofAutomation,SoutheastUniversity,Nan激ng210096,China;2.SchoolofElectricalandInformationEngineering,激angsuUniversity,Zhen激ang212013,ChinaAbstract:Afour-axisprecisionstabilizedtrackingturntablewasdesignedforsimulatingmotionsofTVmissileseekerandairborneopto-electronictrackingsystem.Themaintechnicalrequirementsofturntablewereproposed.Themaintechniquesofmechanicalresonance,structuralmodelingandcomponentsselectionfortheturntablesystemwereintroducedandanalyzedparticularly.Anewcompoundclosed-loopcontrolstructurebasedonDigitalSignalProcessor(DSP,digitalfilteranditsrealizationisputforwardindetail.Experimentalresultsachievethetechnicalindicesandprecisionrequirement,andindicatethepracticabilityandeffectivenessoftheproposeddesignscheme.Theturntablecansimulatedynamiccharacteristicofguidedmissileseekerandairborneopto-electronictrackerinlaboratory,andprovideimportanttestingdataandtheoreticalreferencefordevelopmentandapplicationofactualsystem.Keywords:Opto-electronictrackingturntable;Mechanicalresonance;Closed-loopservocontrol;Digitalsignalprocessor;Digitalfilter引言在运动载体上的光电成像跟踪系统,弹(箭制导导引头以及天文观测设备中,为克服载体运动引起的光电成像传感器视轴晃动,保证探测设备对目标的稳定瞄准和精确跟踪,都需要有稳定的空“”间惯性坐标基准。利用速率陀螺空间测速机的特点组成的伺服稳定跟踪平台能够隔离载体角运动对视轴的扰动,为测量设备提供一个不受载体运动影响的惯性稳定基准[1-3],实现对目标的有效跟踪。光电工程第33卷第3期12为模拟载体上光电成像跟踪系统的动力学特性和空间运行姿态以便对此类伺服系统性能进行深入研究,并为实际应用提供重要技术参数,研制开发了四轴精密光电跟踪稳定转台系统。本文从系统机械结构、元件选型及控制方案等方面详细介绍了四轴转台系统的设计与实现,实验显示系统具有响应快,抗干扰能力强等优点,具有较高的定位精度和较好的运动稳定性,系统运行特性和性能指标测试均达到了设计要求。1转台总体结构设计四轴转台采用整体设计,集载体运动姿态和负载(光电成像跟踪器和速率陀螺运动姿态于一体,其机械结构由底座摇摆台和负载稳定台组成,如图1所示。底座摇摆台为两个回转自由度的非稳定万向框架,用于为负载稳定台提供干扰信号来模拟载体在运动中的状态;负载稳定台为两个回转自由度的陀螺稳定跟踪万向框架,用来模拟光电跟踪系统在载体上的偏航和俯仰姿态,是主要研究对象。整个机械台体由方位摇摆轴系、俯仰摇摆轴系和方位稳定轴系、俯仰稳定轴系构成串联式U-O-O-O型平台框架结构。负载通过圆形过渡板和燕尾槽安装固定在稳定俯仰框架上。转台主要技术指标见表1。1.1机械结构分析1.1.1机械谐振分析转台系统执行元件通过传动装置驱动负载,传动轴都...