專利名稱：一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電跟蹤控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法。
背景技術(shù)：
基于運動載體(車載平臺、飛機(jī)、衛(wèi)星)的光電跟蹤系統(tǒng)，為避免載體運動過程中的隨機(jī)振動對光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，多在光電系統(tǒng)基座下安裝機(jī)械隔振裝置。這些隔振裝置自身剛度較低，可以看做是基座和載體之間的彈性支撐和阻尼連接。由于載體的載重能力以及隔振裝置承載能力的限制，安裝在隔振裝置上的光電系統(tǒng)基座的轉(zhuǎn)動慣量相對較小。在光電系統(tǒng)跟蹤高機(jī)動性目標(biāo)時，驅(qū)動機(jī)架時的反作用力矩容易引起基座晃動，進(jìn)而作用于光電系統(tǒng)。而目前國內(nèi)外對于隔振裝置的研究集中于載體向基座的振動傳遞特性， 對于增加了隔振裝置后原系統(tǒng)的消極影響研究非常少。對于光電跟蹤系統(tǒng)而言，由于通常是在設(shè)計階段通過有限元分析軟件，分析機(jī)架特性保證機(jī)架固有頻率遠(yuǎn)離跟蹤系統(tǒng)工作頻率(李杰.《精密光電跟蹤轉(zhuǎn)臺框架的靜動態(tài)特性分析》，光電工程，2010年，第37卷第1 期61 64頁)，而添加隔振裝置后，系統(tǒng)整體的剛度系數(shù)和固有頻率會發(fā)生非常大的變化，極有可能和光電跟蹤系統(tǒng)的工作頻率相近或重合，進(jìn)而影響光電跟蹤系統(tǒng)的正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，如圖1所示的基于運動載體的光電跟蹤系統(tǒng)，由于隔振裝置的存在，系統(tǒng)整體的剛度系數(shù)和固有諧振頻率會發(fā)生非常大的變化，極有可能和光電跟蹤系統(tǒng)的工作頻率相近或重合，進(jìn)而影響光電跟蹤系統(tǒng)的正常工作，本發(fā)明通過提供一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法，避免系統(tǒng)整體的固有頻率和光電跟蹤系統(tǒng)的工作頻率相近或重合，進(jìn)而達(dá)到不影響光電跟蹤系統(tǒng)的正常工作，從而以消除隔振裝置帶來的不利影響。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法，其具體步驟為步驟(1)確認(rèn)隔振裝置已滿足隔振要求的情況下，將隔振裝置等效為光電跟蹤系統(tǒng)基座和載體之間的彈性支撐和阻尼連接；其中，所述步驟(1)中，先根據(jù)載體對光電系統(tǒng)的振動擾動頻段確定需要隔振的頻段，設(shè)計隔振裝置的彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)；根據(jù)實測的隔振裝置參數(shù)將其等效為基座和載體之間的彈性支撐和阻尼連接；步驟( 將光電跟蹤系統(tǒng)的機(jī)架、基座及隔振裝置等效的彈性支撐和阻尼連接作為一個完整的系統(tǒng)，分析系統(tǒng)各部分之間的動力學(xué)關(guān)系，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型；其中，所述步驟O)中，將載體視作靜止，不考慮載體振動對光電系統(tǒng)的影響；步驟(3)根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型推導(dǎo)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型以及控制系統(tǒng)框其中，所述步驟(3)中，將隔振裝置及光電跟蹤系統(tǒng)機(jī)架基座作為一個整體，其傳遞函數(shù)模型等效為驅(qū)動裝置傳遞函數(shù)模型和跟蹤機(jī)架傳遞函數(shù)模型之間的一個二階環(huán)節(jié)。 假設(shè)J1表示基座轉(zhuǎn)動慣量，k為支撐的角運動彈性系數(shù)，ξ ！表示支撐的阻尼系數(shù)，ξ 2為基座和跟蹤機(jī)架間的粘滯摩擦系數(shù)，則這個等效二階環(huán)節(jié)的表達(dá)式G1為G1 =~rJ——^-
J1S2 +(ξ,+ξ^ + k設(shè)機(jī)架的頻率特性傳遞函數(shù)(；2，驅(qū)動裝置傳遞函數(shù)( ，則系統(tǒng)的頻率特性傳遞函數(shù)G為G = -I^
1 +^2G1G2利用以上三個步驟，即完成帶有隔振裝置的光電跟蹤系統(tǒng)整體的頻率響應(yīng)特性分析，避免系統(tǒng)整體的固有諧振頻率和光電跟蹤系統(tǒng)的工作頻率相近或重合，進(jìn)而達(dá)到不影響光電跟蹤系統(tǒng)的正常工作，從而以消除隔振裝置帶來的不利影響。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點為1、解決了運動載體上，加裝了隔振裝置的光電跟蹤系統(tǒng)與未加裝之前的系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型變化問題，使模型更加精確。2、相對于被控對象傳遞函數(shù)模型已知的光電跟蹤系統(tǒng)，加裝隔振裝置后其新模型便于推導(dǎo)。


圖1運動載體上帶隔振裝置的光電跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明方法的流程圖；圖3系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型框具體實施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的實施例。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求書限定的全部內(nèi)容；而且通過以下實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求書的全部內(nèi)容。本發(fā)明實施例的研究對象為圖1所示的帶隔振裝置的光電跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括隔振裝置、光電跟蹤系統(tǒng)基座和機(jī)架三部分。本系統(tǒng)參數(shù)如下，基座繞方位軸的轉(zhuǎn)動慣量 J1，機(jī)架繞方位軸的轉(zhuǎn)動慣量J2，基座和機(jī)架間粘滯摩擦系數(shù)ξ 2，按照圖2流程圖所示步驟對該系統(tǒng)的整體的頻率響應(yīng)特性分析。(1)按照隔振要求設(shè)計隔振裝置，實測隔振裝置繞方位軸的彈性系數(shù)k，阻尼系數(shù) ξ i，將隔振裝置等效為附加在基座上的彈性支撐和阻尼連接。(2)將光電跟蹤系統(tǒng)的機(jī)架、基座及彈性支撐和阻尼連接作為一個完整的系統(tǒng)，分析系統(tǒng)各部分之間的動力學(xué)關(guān)系，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，采用動力學(xué)方程形式描述為；
, 「1 ()]「>/, +J1 J9JT- kq、- ξ, qΛ「 η1 =1 2 2”1 + 0 2 11 J2 J2 Μτ -Mf 0式中Oci表示載體在方位軸向上相對于慣性空間的絕對角速度，CO1為基座在方位軸向上相對于慣性空間的絕對角速度，ω2為光電系統(tǒng)在方位軸向上的絕對角速度。(3)根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型推導(dǎo)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型以及控制系統(tǒng)框圖，得到圖3 所示的系統(tǒng)。圖3中摩擦力矩的表達(dá)式為Mf Mf = Mc+ ξ 2 ( ω 2- ω j)上式中Me為方位軸上的庫倫摩擦力矩。將隔振裝置及光電跟蹤系統(tǒng)機(jī)架基座作為一個整體，其等效二階環(huán)節(jié)的頻率特性傳遞函數(shù)表達(dá)式G1為
權(quán)利要求
1. 一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法，其具體步驟為 步驟(1)確認(rèn)隔振裝置已滿足隔振要求的情況下，將隔振裝置等效為光電跟蹤系統(tǒng)基座和載體之間的彈性支撐和阻尼連接；其中，所述步驟(1)中，先根據(jù)載體對光電系統(tǒng)的振動擾動頻段確定需要隔振的頻段， 設(shè)計隔振裝置的彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)；根據(jù)實測的隔振裝置參數(shù)將其等效為基座和載體之間的彈性支撐和阻尼連接；步驟( 將光電跟蹤系統(tǒng)的機(jī)架、基座及隔振裝置等效的彈性支撐和阻尼連接作為一個完整的系統(tǒng)，分析系統(tǒng)各部分之間的動力學(xué)關(guān)系，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型；其中，所述步驟O)中，將載體視作靜止，不考慮載體振動對光電系統(tǒng)的影響； 步驟(3)根據(jù)系統(tǒng)的動力學(xué)模型推導(dǎo)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型以及控制系統(tǒng)框圖； 其中，所述步驟(3)中，將隔振裝置及光電跟蹤系統(tǒng)機(jī)架基座作為一個整體，其傳遞函數(shù)模型等效為驅(qū)動裝置傳遞函數(shù)模型和跟蹤機(jī)架傳遞函數(shù)模型之間的一個二階環(huán)節(jié)；假設(shè) J1表示基座轉(zhuǎn)動慣量，k為支撐的角運動彈性系數(shù)，ξ工表示支撐的阻尼系數(shù)，12為基座和跟蹤機(jī)架間的粘滯摩擦系數(shù)，則這個等效二階環(huán)節(jié)的表達(dá)式G1為
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電跟蹤系統(tǒng)及隔振裝置組成整體的頻率響應(yīng)特性分析方法。針對光電跟蹤系統(tǒng)安裝在隔振裝置上后頻率響應(yīng)特性發(fā)生變化這一問題，本發(fā)明將隔振裝置等效為安裝在光電跟蹤系統(tǒng)基座底部的彈性支撐和阻尼連接，將其與光電系統(tǒng)的機(jī)架和基座作為一個整體，分析該整體作為被控對象時的頻率響應(yīng)特性。具體方法為，將隔振裝置和光電跟蹤系統(tǒng)看做一個完整系統(tǒng)，首先分析該系統(tǒng)各個部件間的動力學(xué)關(guān)系；再由動力學(xué)關(guān)系的相關(guān)公式根據(jù)實際需要推導(dǎo)出頻率響應(yīng)特性。本發(fā)明通過分析整體作為被控對象時的頻率響應(yīng)特性有助于減小隔振裝置帶來的不利影響。
文檔編號G05B13/04GK102426419SQ20111038077
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者于偉, 包啟亮, 李錦英, 毛耀, 田競, 馬佳光 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所