船载“动中通”天线伺服控制系统设计与实现

发布时间：2017-08-20 10:00

  本文关键词：船载“动中通”天线伺服控制系统设计与实现

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【摘要】：本文研究的内容是卫星天线伺服控制平台,该装置主要运用于海上舰船与卫星的通信。本文主要进行了以下研究： 1、提出系统整体设计方案,包括系统的机械结构及相应的器件选型。系统的硬件模块分三部分进行设计,即微型航姿单元、电机驱动单元和主控单元。 2、微型航姿单元选用同一系列不同型号功能倾角传感器进行测试比较,采用MEMS陀螺仪单轴输出、双轴硬件差分、双轴软件差分模式进行测量比较,最终确定了使用单轴倾角传感器内部自差分模式和双轴陀螺仪硬件差分模式构成捷联惯导系统。 3、当船只移动产生加速度时,倾角传感器在加速度的影响下,测量值不能真实反映倾斜的角度,且陀螺仪在静态时容易发生零点漂移和温度漂移,故采用倾角传感器和陀螺仪之间相互补偿对倾角传感器进行滤波。为了消除外界干扰对航姿子系统的影响,使用递推最小二乘多项式对陀螺仪信号进行滤波。 4、对大地坐标和载体坐标算法进行研究。对于方位、俯仰和横滚三轴电机采用闭环控制,分别设计智能分区PID控制算法。 5、系统软件设计采用模块化思想,主要有四个模块,分别为初始对星模块、稳定跟踪模块、监控模块和保护模块,给出了各个部分的软件实现方法、软件流程图。 6、对系统进行三轴联调,通过三轴摇摆器模拟船只在海上受到的扰动对系统进行动态调试,给出了本系统的稳定跟踪精度。 最后对本系统的研究成果和不足之处进行了总结,并对船载“动中通”卫星天线系统的进一步研发进行了展望,希望在下一阶段在系统精度上和优越性能上能够更上一个台阶。
【关键词】：卫星天线 捷联惯导 伺服控制 陀螺仪 稳定跟踪
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U675.7
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-13
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11
• 1.3 课题研究的目的和意义11
• 1.4 本论文研究内容与章节安排11-13
• 1.4.1 论文的主要研究内容11-12
• 1.4.2 论文的章节安排12-13
• 2 系统整体方案设计13-17
• 2.1 机械结构设计13-14
• 2.1.1 系统技术指标13-14
• 2.1.2 系统机械结构14
• 2.2 天线系统组成14-16
• 2.3 本章小结16-17
• 3 系统硬件方案设计17-28
• 3.1 主控单元硬件模块设计17-21
• 3.1.1 主控单元与其他单元接口电路设计17-19
• 3.1.2 直流电源设计19-20
• 3.1.3 主处理器设计20-21
• 3.2 微型航姿单元模块设计21-23
• 3.2.1 倾角传感器21-22
• 3.2.2 陀螺仪22
• 3.2.3 电子罗盘22-23
• 3.2.4 主控制器23
• 3.2.5 电压转换模块设计23
• 3.2.6 电源稳压DC-DC模块设计23
• 3.3 电机驱动单元模块设计23-27
• 3.3.1 主控芯片选型24
• 3.3.2 步进电机24-25
• 3.3.3 无刷直流电机25-27
• 3.3.4 电机驱动芯片27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 航姿信号处理28-43
• 4.1 倾角传感器信号分析与处理28-33
• 4.1.1 倾角传感器温度漂移28
• 4.1.2 采用倾角传感器硬件差分温度补偿模式消除温度影响28-29
• 4.1.3 卡尔曼滤波算法29-31
• 4.1.4 倾角传感器受到横向加速度的影响31
• 4.1.5 使用陀螺仪积分消除动态影响31-33
• 4.2 陀螺仪信号分析33-34
• 4.2.1 陀螺仪内部结构分析33
• 4.2.2 陀螺仪温度漂移测试33-34
• 4.3 陀螺仪信号处理34-42
• 4.3.1 硬件差分模式34-37
• 4.3.2 对陀螺仪信号进行软件滤波37-39
• 4.3.3 陀螺滤波实验结果分析39-40
• 4.3.4 MEMS陀螺与光纤陀螺40-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 坐标转换及电机控制43-56
• 5.1 坐标转换43-44
• 5.2 电机控制44-48
• 5.2.1 步进电机驱动设计45-46
• 5.2.2 无刷直流电机驱动设计46-48
• 5.3 硬件电路设计48-53
• 5.3.1 供电电路设计48-50
• 5.3.2 电机驱动电路设计50-51
• 5.3.3 无刷直流电机驱动芯片A393651-52
• 5.3.4 A3984外围电路设计52
• 5.3.5 电流反馈电路设计52-53
• 5.3.6 转速反馈电路设计53
• 5.3.7 接口电路设计53
• 5.4 天线闭环控制策略53-55
• 5.4.1 闭环反馈控制策略53-54
• 5.4.2 横滚、方位-俯仰闭环控制策略54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 6 系统软件设计56-63
• 6.1 功能需求56
• 6.2 系统软件接口56
• 6.3 系统软件设计56-57
• 6.4 功能描述57-60
• 6.4.1 初始对星模块57-58
• 6.4.2 稳定跟踪模块58-59
• 6.4.3 监控模块59
• 6.4.4 保护模块59-60
• 6.5 处理流程60-61
• 6.6 总体结构和模块外部设计61-62
• 6.7 本章小结62-63
• 7 系统调试结果分析63-69
• 7.1 横滚系统调试结果63-64
• 7.2 俯仰系统与方位系统的调试结果64-66
• 7.3 三轴联调系统调试结果66-67
• 7.4 本章小结67-69
• 8 总结与展望69-70
• 参考文献70-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73
• 致谢73-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：705939