1、隨著應(yīng)用需求的變化及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，光電跟蹤系統(tǒng)由傳統(tǒng)的固定地基模式逐步向基于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的模式發(fā)展。與固定基座的方式相比，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)載體的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起光電跟蹤系統(tǒng)視軸的抖動(dòng)，因此需要采用慣性穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)視軸抖動(dòng)進(jìn)行抑制。慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力和跟蹤性能在很大程度上決定了光電系統(tǒng)的跟蹤性能，使其成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力和跟蹤性能，本文從慣性穩(wěn)定平臺(tái)的模型和基本原理出發(fā)，重點(diǎn)研究和探討了慣性穩(wěn)定平臺(tái)角加速度和角速度

2、檢測(cè)、擾動(dòng)抑制、位置回路低采樣頻率條件下跟蹤等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，旨在提出一些有效的技術(shù)路線和方法，滿足當(dāng)前工程中的需要。提出在慣性穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)擾動(dòng)抑制較好的情況下，可以將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的復(fù)合軸控制系統(tǒng)等效為地基復(fù)合軸控制系統(tǒng)，借鑒地基復(fù)合軸控制系統(tǒng)的方法，提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的跟蹤能力。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴分析了慣性穩(wěn)定平臺(tái)的振動(dòng)條件、物理模型和數(shù)學(xué)模型，指出了影響其擾動(dòng)抑制能力的主要因素。提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力有兩種方法：一

3、是在保證慣性穩(wěn)定平臺(tái)被動(dòng)抑制能力的基礎(chǔ)上，不提高平臺(tái)控制回路的主動(dòng)抑制帶寬，而是從控制算法上開(kāi)展研究，提高控制回路在中低頻的抑制能力，從而提高平臺(tái)總的抑制能力；另一種方法減小慣性穩(wěn)定平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高平臺(tái)的主動(dòng)抑制帶寬，從而進(jìn)一步其在中低頻的抑制能力。
　?、铺岣邞T性傳感器的檢測(cè)精度和帶寬是提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)主動(dòng)抑制能力的基礎(chǔ)。MEMS線加速度計(jì)帶寬很寬，可以響應(yīng)低頻的擾動(dòng)，且具有體積小重量輕的優(yōu)點(diǎn)，因此提出采用兩只 MEMS線加

4、速度計(jì)來(lái)檢測(cè)慣性穩(wěn)定平臺(tái)的角加速度。并將MEMS線加速度計(jì)與MEMS陀螺結(jié)合進(jìn)行融合濾波，提高了慣性穩(wěn)定平臺(tái)的速度檢測(cè)帶寬。為了消除MEMS陀螺中的色噪聲，提出采用自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理，該方法不會(huì)造成陀螺信號(hào)的相位滯后，有利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于MEMS線加速度計(jì)和陀螺的慣性傳感器組合對(duì)擾動(dòng)的檢測(cè)精度和帶寬可以滿足慣性穩(wěn)定平臺(tái)控制的需求。同時(shí)，該方法減小了平臺(tái)的負(fù)載，有利于進(jìn)一步提高平臺(tái)的擾動(dòng)抑制能力。

5、>　　⑶在分析傳統(tǒng)的速度和位置雙閉環(huán)的關(guān)系穩(wěn)定平臺(tái)的基礎(chǔ)上，提出在速度環(huán)內(nèi)增加加速度閉環(huán)，一方面可以提高系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力，系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力等于加速度、速度和位置三回路的抑制能力之和；另一方面為速度回路提供了良好的被控對(duì)象，提高了系統(tǒng)的魯棒性。高增益的加速度閉環(huán)控制回路將驅(qū)動(dòng)的電流源轉(zhuǎn)換為了加速度源。慣性穩(wěn)定平臺(tái)作為0型系統(tǒng)，其加速度開(kāi)環(huán)特性在低頻段表現(xiàn)為二階微分，因此慣性穩(wěn)定平臺(tái)的加速度閉環(huán)非常困難。本文提出不“對(duì)消”慣性穩(wěn)定平臺(tái)的

6、二階諧振，根據(jù)期望的閉環(huán)特性，直接采用零極點(diǎn)配置的方法設(shè)計(jì)加速度控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加速度閉環(huán)帶寬達(dá)到了700Hz以上，遠(yuǎn)超速度回路閉環(huán)帶寬，加速度環(huán)在20Hz以下頻段，將傳統(tǒng)基于速度和位置雙回路閉環(huán)慣性穩(wěn)定平臺(tái)的抑制能力提高了約15dB。
　　⑷基于虛擬陀螺的三回路閉環(huán)系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力低于基于光纖陀螺的三回路閉環(huán)系統(tǒng)的抑制能力，因此研究基于擾動(dòng)前饋的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高慣性穩(wěn)定平臺(tái)擾動(dòng)抑制能力。對(duì)于三回路閉環(huán)的慣性穩(wěn)定平臺(tái)來(lái)說(shuō)，

7、擾動(dòng)前饋引入節(jié)點(diǎn)的選擇較多，基于速度回路的前饋控制器略優(yōu)于加速度回路的前饋控制器，這主要是由于加速度回路閉環(huán)后，平臺(tái)特性近似為1，有利于速度回路前饋控制器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，基于擾動(dòng)的前饋控制器將慣性穩(wěn)定平臺(tái)在20Hz以下頻段提高了約10dB，接近采用加速度計(jì)、光纖陀螺和CCD（PSD）三回路閉環(huán)系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力。
　?、稍趹T性穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上，將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)復(fù)合軸控制系統(tǒng)近似等效為地基復(fù)合軸控制系統(tǒng)，參考其跟蹤控制的相