两轴船载稳定平台控制系统设计与研究

发布时间：2017-09-10 15:16

  本文关键词：两轴船载稳定平台控制系统设计与研究

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【摘要】：当船体受到海风、海浪等海洋扰动的作用时,会影响到舰船上的雷达、卫星通信系统等设备的稳定性,船载稳定平台能够隔离载体扰动,保证平台上的设备相对惯性坐标系稳定。本课题以两轴船载稳定平台为对象,针对稳定平台的控制系统展开了设计与研究。首先,对稳定平台系统的总体设计进行了介绍。从理论上分析了两轴稳定平台的稳定原理,对系统的组成进行了详细论述;设计了基于速度内环和位置外环的双闭环控制结构,并针对船载稳定平台的特点和传统PID控制算法的局限性,设计了模糊自适应PID控制算法。其次,根据系统的总体设计方案,对系统的各组成部分建立了数学模型,并运用MATLAB软件对系统数学模型进行了仿真。通过对系统校正前和校正后仿真结果的对比分析,验证了控制算法的有效性。在系统总体设计和数学模型仿真分析的基础之上,从软硬件两方面对系统的工程实现进行了详细介绍。设计了基于MEMS惯性器件的姿态检测单元电路和直流力矩电机驱动电路;编写了基于Lab VIEW软件环境的系统控制程序,实现了友好的人机交互界面,并可以对系统参数和数据在线实时显示。最后,对控制系统进行了实验测试。利用本文所设计的模拟海浪运动实验装置,对稳定平台控制系统进行了稳态误差、动态性能及稳定精度等主要参数的测试。测试结果表明,稳定平台控制系统的各项技术指标满足使用要求;在外部干扰情况下,航向轴稳定精度≤1.5°,俯仰轴稳定精度≤1.0°。
【关键词】：船载稳定平台 模糊自适应PID MEMS惯性器件 LabVIEW
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8-9
• 1.2 稳定平台研究现状9-11
• 1.2.1 国内外研究现状9-10
• 1.2.2 控制策略发展概况10-11
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排11-13
• 第2章 稳定平台控制系统总体设计13-29
• 2.1 两轴稳定平台的稳定原理13-16
• 2.2 稳定平台控制系统的组成16-20
• 2.2.1 主控单元17
• 2.2.2 惯性传感器单元17-18
• 2.2.3 执行单元18-20
• 2.3 稳定平台控制结构设计20-21
• 2.4 稳定平台控制算法设计21-28
• 2.4.1 经典PID控制算法原理22-23
• 2.4.2 模糊控制算法原理23-25
• 2.4.3 模糊自适应PID控制算法的设计25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 稳定平台控制系统建模与仿真29-36
• 3.1 稳定平台控制系统建模29-31
• 3.1.1 直流力矩电机的数学模型29-31
• 3.1.2 惯性传感器的数学模型31
• 3.1.3 PWM功率放大电路的数学模型31
• 3.2 稳定平台控制系统仿真31-35
• 3.2.1 校正前系统仿真31-33
• 3.2.2 PID控制校正后系统仿真33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 稳定平台控制系统的软硬件设计36-48
• 4.1 稳定平台控制系统的硬件设计36-42
• 4.1.1 惯性传感器单元的硬件电路设计36-40
• 4.1.2 直流力矩电机驱动电路设计40-42
• 4.2 稳定平台控制系统的软件设计42-47
• 4.2.1 Lab VIEW开发环境简介42-43
• 4.2.2 串口通信程序设计43-45
• 4.2.3 控制算法程序设计45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 稳定平台控制系统实验分析48-56
• 5.1 稳定平台系统的主要性能指标48
• 5.2 MEMS惯性传感器的性能测试48-50
• 5.3 实验及结果分析50-55
• 5.3.1 稳定平台结构及实验装置50-52
• 5.3.2 系统执行效果实验及结果分析52-54
• 5.3.3 单轴模拟海浪运动实验及结果分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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2 王石静;陀螺稳定平台伺服控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：825009