光电跟踪系统永磁同步电机快速捕获控制技术研究

发布时间：2017-06-12 23:11

  本文关键词：光电跟踪系统永磁同步电机快速捕获控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光电跟踪系统目标捕获是指在视场中发现目标,伺服系统快速响应并捕捉到目标的过程,是进行稳定跟踪的前提。目标捕获过程系统的调节时间、超调量、稳态波动量是衡量光电跟踪系统快速捕获能力的重要指标,其中小超调量和小稳态波动量对成功实现目标捕获与跟踪的自动切换过渡起着至关重要的作用。为了提高光电跟踪系统目标的快速捕获能力,首先论述了光电跟踪伺服系统的硬件电路结构,驱动电路采用是采用三菱公司IPM智能功率模块,控制器采用DSP+FPGA架构,DSP采用TI公司的28335作为主控制器,负责控制算法的实现和FPGA的通信;FPGA采用Xilinx公司的spartan6作为协控制器,主要负责数据的采集,和SVPWM等控制信号的产生。其次,推导出基于永磁同步电机的光电跟踪伺服系统的控制模型并采用工程上常用的正弦扫频法和首次应用到光电跟踪系统辨识的自适应差分进化算法分别对其进行辨识。最后,分别应用时间最优控制与滑模控制实现光电跟踪系统目标快速捕获过程,并分别以30o、60o、90o、120o、150o、180o阶跃信号为目标,进行大量的仿真与实验研究,结果为最大的调节时间4.3791s,而最大的超调量55.47%。研究结果表明时间最优控制、滑模控制上升时间虽然比较短,但调节时间长,超调量大;时间最优控制稳态波动量大,滑模控制稳态值虽然平稳但稳态误差大。鉴于上述两种方法的不足,本文根据时间最优控制与滑模控制的特点,提出了时间最优滑模控制。将时间最优控制系统的最优状态运动轨迹采用最小二乘逼近法拟合为直线,并将此取为滑模面函数,设计相应的控制策略使系统状态快速趋近滑模面,并沿着滑模面快速达到空间平衡点,保证了系统的快速性和鲁棒性。并分别以30o、60o、90o、120o、150o、180o阶跃信号为目标进行快速捕获控制技术研究,实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%,超调量几乎为0,稳态误差小减小了约为44.94%和62.34%,与仿真结果相吻合。最终结果表明时间最优滑模控制调节时间短,超调小,稳态值平稳,稳态误差小,鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获,在理论研究与工程应用中有进一步深入探讨研究的价值。
【关键词】：光电跟踪系统 捕获 永磁同步电机 时间最优控制 滑模控制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.2 光电跟踪伺服控制系统速捕获技术的研究现状10-11
• 1.3 永磁同步电机控制策略研究现状11-12
• 1.4 本文研究内容和结构12-13
• 第二章 永磁同步电机及其控制原理13-21
• 2.1 引言13
• 2.2 永磁同步电机结构及分类介绍13
• 2.3 永磁同步电动机数学模型13-16
• 2.3.1 坐标变换13-15
• 2.3.2 永磁同步电动机数学模型15-16
• 2.3.3 基于永磁同步电机的光电跟踪伺服系统数学模型16
• 2.4 永磁同步电机矢量控制方法介绍16-20
• 2.4.1 永磁同步电机矢量控制原理概述16-17
• 2.4.2 空间矢量脉宽调制技术17-19
• 2.4.3 SVPWM具体实现方法19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 光电跟踪伺服系统被控对象辨识21-34
• 3.1 引言21
• 3.2 光电跟踪伺服系统基本组成21-22
• 3.2.1 光电跟踪伺服系统基本组成框架21
• 3.2.2 光电跟踪伺服系统硬件描述21-22
• 3.3 光电跟踪伺服系统扫频法辨识22-27
• 3.3.1 光电跟踪伺服系统辨识数据采集方案22
• 3.3.2 扫频法辨识原理22-23
• 3.3.3 扫频法辨识步骤23
• 3.3.4 测试结果23-24
• 3.3.5 应用相关数学分析算法处理辨识结果24-27
• 3.4 光电跟踪伺服系统自适应差分进化算法辨识27-33
• 3.4.1 光电跟踪伺服系统离散化模型27-28
• 3.4.2 自适应差分进化算法原理详细介绍28-30
• 3.4.3 实验及结果分析30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 光电跟踪伺服系统快速捕获控制技术34-50
• 4.1 引言34
• 4.2 基于时间最优控制光电跟踪伺服系统快速捕获技术34-41
• 4.2.1 时间最优控制原理34
• 4.2.2 时间最优控制器设计34-35
• 4.2.3 基于时间最优控制的光电跟踪快速捕获控制系统仿真分析35-39
• 4.2.4 基于时间最优控制光电跟踪快速捕获系统实验研究39-41
• 4.3 基于滑模控制光电跟踪伺服系统快速捕获技术的研究41-49
• 4.3.1 滑模控制原理介绍41-43
• 4.3.2．滑模控制器设计43-44
• 4.3.3 基于滑模控制光电跟踪伺服系统仿真分析44-47
• 4.3.4 基于滑模控制光电跟踪快速捕获系统实验研究47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 时间最优滑模控制在光电跟踪快速捕获控制技术中应用研究50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 时间最优滑模控制器设计50
• 5.3 基于时间最优滑模控制的光电跟踪快速捕获控制系统仿真分析50-53
• 5.4 基于时间最优滑模控制的光电跟踪快速捕获控制系统实验研究53-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 本文主要完成工作和创新成果57-58
• 6.1.1 主要完成工作57-58
• 6.2 研究工作展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 作者简介64
• 攻读硕士学位期间研究成果64

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