舰载稳定平台伺服系统设计与研究

发布时间：2017-07-07 01:00

  本文关键词：舰载稳定平台伺服系统设计与研究

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【摘要】：舰船在海上航行时,海浪会对其船身产生撞击,从而导致舰船随海浪运动而运动,这种运动可以分为艏摇、横摇、纵摇三个方向的摇摆运动。舰船上的精密仪器、武器的瞄准系统、舰载雷达、舰载通讯系统等,在舰船摇摆运动的干扰下通常无法正常工作,因此上述列举的舰载系统的基座需要隔离舰船由海浪导致的摇摆运动。 本文以六自由度的稳定平台为实验对象,六自由度稳定平台由上、下两个台体组成。下台体为三自由度转台,用来模拟舰船在海浪中行进时的艏摇、横摇、纵摇三个方向的摇摆运动。上台体为三自由度稳定平台,作为保持与水平面平行或者跟踪目标物体的控制对象。 本文首先从稳定平台系统的稳态和动态两个方面入手对系统进行了设计。稳态设计部分首先介绍了六自由度转台的机械结构和性能指标。在此基础上设计了稳定平台系统的控制系统、测角系统和计算机系统。并且对系统的执行电机、测量元件、反馈元件、放大装置和电机负载方案进行了分析和选择。动态设计部分在系统稳态设计的基础上对所选择的各元件进行了数学建模。并对所采用的三环控制方案进行了设计和仿真,通过对校正前和校正后的系统的仿真结果的比较,对校正后的系统的动态性能进行了验证。随后介绍了模糊自适应PID控制的概念和方法,并对模糊自适应PII)控制器进行了设计和仿真,与之前采用的三环控制方案校正的系统,进行了动态性能的对比。 随着计算机技术的发展,以计算机为核心元件的控制方案得到了越来越广泛的应用。为了使稳定平台系统通过计算机解算的方法保持水平和完成对目标物体跟踪,本文还进一步通过坐标变换的方法建立了稳定平台在三维坐标系中的运动模型,随后对稳定平台保持水平状态时各转轴所需转动的补偿角进行了建模和仿真,从而验证了所建模型的正确性。同时为了使稳定平台具备追踪目标物体的能力,本文同样建立了稳定平台跟踪固定目标物体时各转轴所需转动的补偿角的数学模型,并对其进行了仿真分析,验证了模型的正确性。
【关键词】：稳定平台 系统设计 计算机解算
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 转台技术的发展概况13-15
• 1.1.1 国外转台发展概况13-14
• 1.1.2 国内转台发展概况14-15
• 1.2 稳定平台国内外研究现状15-16
• 1.2.1 国外稳定平台研究概况15-16
• 1.2.2 国内稳定平台研究概况16
• 1.3 模糊控制理论的发展及现状16-18
• 1.4 课题研究背景与研究意义18-19
• 1.5 论文的主要工作19-21
• 第二章 稳定平台系统稳态设计21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 稳定平台系统机械结构21-24
• 2.3 稳定平台系统组成24-30
• 2.3.1 控制系统24-25
• 2.3.2 测角系统25-29
• 2.3.3 计算机系统29-30
• 2.4 执行电机的选取30-33
• 2.5 测速元件的选取33-34
• 2.6 放大装置的选取34-35
• 2.7 电机负载方案选择35
• 2.8 小结35-37
• 第三章 稳定平台系统动态设计37-71
• 3.1 引言37
• 3.2 控制系统主要元件数学模型37-41
• 3.2.1 直流力矩电机数学模型37-40
• 3.2.2 放大装置的数学模型40
• 3.2.3 测速发电机40
• 3.2.4 位置检测元件的数学模型40-41
• 3.3 未校正前的系统分析41-43
• 3.4 稳定平台系统控制系统校正43-54
• 3.4.1 电流环设计与仿真44-49
• 3.4.2 速度环设计与仿真49-52
• 3.4.3 位置环设计与仿真52-54
• 3.5 校正后系统性能分析54-55
• 3.6 模糊自适应PID控制设计与仿真55-69
• 3.6.1 经典PID控制原理55-57
• 3.6.2 模糊控制理论基本原理57-60
• 3.6.3 模糊PID控制器的设计60-63
• 3.6.4 模糊自适应PID控制系统仿真63-69
• 3.7 小结69-71
• 第四章 稳定平台跟踪解算算法与仿真71-97
• 4.1 引言71
• 4.2 坐标系的变换矩阵71-76
• 4.2.1 坐标系旋转变换矩阵71-75
• 4.2.2 坐标的平移变换矩阵75-76
• 4.3 水平稳定平台数学模型的建模及仿真76-89
• 4.3.1 水平稳定平台数学模型的建模76-78
• 4.3.2 稳定平台计算机解算78-81
• 4.3.3 稳定平台角度补偿模型仿真81-89
• 4.4 跟踪稳定平台建模及仿真89-95
• 4.4.1 跟踪稳定平台建模89-92
• 4.4.2 跟踪稳定平台模型仿真92-95
• 4.5 小结95-97
• 第五章 总结与展望97-99
• 参考文献99-101
• 致谢101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 周结华;彭侠夫;仲训昱;;六轴船摇模拟转台及其方位稳定跟踪模型[J];船舶工程;2011年02期

2 张志远;罗国富;;舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析[J];舰船科学技术;2009年04期

3 张锦江,冯汝鹏,陈兴林,王常虹;仿真转台解耦的鲁棒自适应模糊化设计[J];系统仿真学报;2000年02期

4 吴玉华;惯性测试转台的发展状况[J];中国科技信息;2005年08期

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本文编号：528310