应用复杂陷波器精确消除经纬仪机械谐振方法的研究

　　近年来,随着科学技术的迅速发展,各种高精度、高速度的飞行器竞相研制,对现代靶场设备提出了更高的要求。为了使靶场设备能稳定、快速、精确、全天候地跟踪目标,目前研制的部分靶场设备不但带有传统的红外和电视测量传感器,同时也有雷达、激光测距及高速摄影等多个测量分系统,这就造成了跟踪架头部质量偏大、系统整机机械谐振频率偏低的缺点。另外,我国靶场光测设备起步较晚,仍有大量20世纪70年代研制的经纬仪在服役,其中很多已经不能再适应现代靶场的要求了。这些经纬仪由于当时的机械设计局限性,其机械谐振频率偏低。若只通过机械改造,不仅投入比较大,而且很难满足靶场的需求。因此,抑制低机械谐振频率、大谐振点仍是提高各项性能指标的一个难点,目前如何抑制机械谐振频率仍是备受关注的问题。

　　1　机械谐振对系统性能的影响

　　为了说明机械谐振频率对系统动态性能的影响,可将光电测量跟踪系统的整机结构等价为一个二阶电机-弹簧-质量系统,其中弹簧-质量构成一个振动子系统,其动力学方程如下式式中,J为转台转动惯量;K为弹性连接体的扭转刚度;F为阻尼系数;θi为电机输入角;θ0为转台输出角。若令式中,ω0为机械谐振频率。从上面的式子可以看出,机械谐振频率ω0的大小取决于整机结构无阻尼固有频率ωn和阻尼比ξ。在工程上常用“相角裕量”来评价系统的相对稳定性。相角裕量通常用下式求得式中,γ即是相角裕量,γ越大,说明系统越稳定;反之,说明系统稳定性越差。在工程中,系统的快速性是另一个重要的性能指标,它是由系统的闭环截止频率ωb决定的。ωb越大或者说系统的闭环带宽越宽,系统的响应速度就越快,即系统的过渡时间就越短;反之,系统的响应速度就越慢或者说系统的过渡时间就越长。一般ω可用下式表示由上面各公式可以看出,系统闭环带宽ωb及系统的相角裕量γ均与机械谐振有关,或者说,低机械谐振频率影响了系统的稳定性,限制了系统的闭环带宽。综上所述,系统的稳定性和快速性指标都受到低机械谐振频率的影响,因此要想系统拥有优越的性能,就必须有比较高的机械谐振频率。一般提高机械谐振频率有两种途径:一是通过机械的方法,即增强整机刚度,减小转动惯量,这必然会带来设计和加工的难度,并且增加了成本;二是通过电子学的方法,即通常所说的双T网络滤波,但双T网络滤波存在着很多缺陷,如参数整点困难、谐振点飘移、带宽控制困难等。所以,考虑用采用复杂型的数字陷波器的控制算法来改善低机械谐振频率对经纬仪各性能的影响。