[发明专利]光电系统伺服控制器生成装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电系统控制技术领域，具体为一种光电系统伺服控制器生成装置及方法。

背景技术

光电系统以高于微波频率的光波为信息与能量载体对空中或地面目标进行观测跟踪，在精密制导、光电对抗、火控瞄准、飞行辅助等领域发挥着重大的作用。随着无人机、战术导弹的发展，对光电系统的动静态性能和输出精度提出了更高的要求。为使得光电系统能够在机载环境下对空、对地目标精确跟踪瞄准，必须为光电系统配备控制回路驱动环架机构运动改变视轴来实现对机载振动的隔离和对目标的跟瞄。该控制回路的控制性能直接关系到光电系统的动静态特性和输出精度，在光电系统设计中占据重要位置。

目前，光电系统控制回路按照所用元器件的特性主要有两种，模拟控制回路和数字控制回路。模拟控制回路是早期控制方式，因其结构简单，技术成熟，被广泛的应用。但是存在线性功放发热高，控制器调整困难，随着电子技术的发展，对光电系统控制回路的可靠性、寿命、体积功耗等提出了更高的要求。

为克服模拟控制的缺点，一种全数字式的控制回路设计方法被提出。在这种数字控制回路中，控制、校正网络都采用数字化算法替代并在微处理器芯片中实现，经采样得到的测角信号经过数字控制器运算处理，产生驱动信号采用调节PWM占空比形式输出给功放，驱动环架上的力矩电机运动。随着微处理器集成度和运算性能的提高，数字控制回路高精度、抗干扰能力强的优势越来越明显。

上述两种光电系统控制回路是目前设计中的两种基本形式。其设计过程相似，都是先分析光电系统环架机构动力学特性，获得数学模型，然后在此基础上设计回路参数，最后通过参数试凑的调试方式完成回路设计。这种设计方法严重制约了光电系统控制回路技术的发展，其主要体现在：

首先，同一批次不同光电系统环架机构之间存在差异，其内部参数有时会差别很大。

其次，光电系统环架机构的动力学模型参数对于控制回路设计来说往往是未知的，该模型控制参数通常只能依靠理论建模设计，工程应用中控制参数要依靠经验调试完成。

第三，实际使用中，受到光电系统环架机构内部轴承等器件的磨损以及机械安装配合变化等因素的影响，实际的光电系统环架机构数学模型与理论模型之间总会存在差异，特别是当产品使用一段时间后，这种差异愈加明显。

这三点是造成目前光电系统控制器设计技术瓶颈主要原因，光电系统环架结构的数学模型不明，导致控制回路的设计存在很大的盲目性，回路调试过程繁琐，效率低下，并且难以保证回路的性能，甚至还会影响到光电系统的输出精度。

发明内容

本发明旨在解决克服现有技术的不足，提供一种新型光电系统控制器生成装置及方法。该发明不仅能实现光电系统控制器生成，而且还可以进行光电系统控制系统性能分析测试。

为了达到上述目的，本发明采取的方案包括光电系统控制器生成装置与生成方法两个部分。

所述一种光电系统伺服控制器生成装置，其特征在于：包括测试组件和处理单元；

所述测试组件包括两轴转台和安装在两轴转台上的光电系统环架机构；处理单元包括数据采集与控制设备、数据处理工控机、光电系统控制器和控制电路；

数据采集与控制设备通过控制电路对光电系统环架机构进行激励和响应检测，获取激励与响应数据供数据处理工控机处理

数据处理工控机通过控制电路从数据采集与控制设备获取激励、响应数据，经系统辨识得到光电系统环架机构动力学模型的准确性估计，并在准确性估计基础上设计控制器参数，将控制器参数下载到光电系统控制器中，通过光电系统控制器控制光电系统环架机构。

进一步的优选方案，所述一种光电系统伺服控制器生成装置，其特征在于：控制电路由继电器开关电路、信号解算及调理电路、放大及驱动电路组成，继电器开关电路分别和信号解算及调理电路、放大及驱动电路连接；信号解算及调理电路输出端和数据采集与控制设备的输入端连接，数据采集与控制设备的输出端和放大及驱动电路输入端连接。

进一步的优选方案，所述一种光电系统伺服控制器生成装置，其特征在于：光电系统控制器包括信号解算模块、数字信号处理模块和功率放大模块；信号解算模块输出端连接数字信号处理模块输入端，数字信号处理模块输出端连接功率放大模块输入端；数字信号处理模块和数据处理工控机互联，接收指令及更新的控制器参数。

进一步的优选方案，所述一种光电系统伺服控制器生成装置，其特征在于：数据处理工控机与控制电路相连，光电系统环架机构角度传感器输出端和控制电路的信号解算及调理电路输入端连接，光电系统环架机构力矩电机输入端和控制电路的放大及驱动电路输出端连接。