三轴光学跟踪试验转台的动力学仿真研究

发布时间：2017-06-10 17:20

  本文关键词：三轴光学跟踪试验转台的动力学仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 三轴光学跟踪试验转台是一种在实验室条件下复现飞行器或导弹在空中飞行姿态半实物仿真的有力工具,它和目标发生装置组合在一起模拟导弹跟踪目标的过程,可以真实地模拟出导弹等飞行器在空间的各种姿态和动力学特性,从而对其传感器件、控制系统和执行机构等硬件设备的性能加以测试和评价,为飞行器的研制、改进和再设计提供各种参考依据。计算机性能的飞速提高和虚拟样机仿真技术的迅速发展,为三轴仿真转台动力学仿真的深入研究提供了必要的条件。 ADAMS是世界上应用最广泛的机械系统动力学仿真分析软件。本文基于ADAMS软件和MATLAB软件的联合仿真,对三轴仿真转台的动力学虚拟模型进行了仿真控制分析。本论文的研究对于提高三轴光学跟踪试验转台以至于所有电动仿真转台的伺服控制系统的精度来说,是一项十分重要和有意义的工作。 首先对转台的系统组成进行了阐述;通过理论分析推导出了转台的动力学方程,并建立了无刷直流力矩电机的简化模型,得到其简化的等效传递函数,将二者联立得到了三轴转台的控制对象微分方程,为深入分析和研究转台的性能提供了基础。 研究了耦合对系统精度的影响,提出了采用基于解耦控制的动态鲁棒补偿法,仿真实验结果证明了其有效性。 针对仿真转台低速、高频响、高精度等性能指标的要求,分析了PID控制策略、加速度反馈、速度反馈、输入信号微分前馈等控制方式,采用PID控制与速度反馈、位置反馈以及输入信号的微分前馈结合起来的复合控制策略,充分利用反馈和前馈的优势,对转台的位置伺服系统进行研究。 对ADAMS和MATLAB集成仿真环境做了概述,介绍了ADAMS/Controls联合仿真方法,在MATLAB/Simulink中建立控制模型,与ADAMS机械系统模型结合起来,进行机电一体化联合仿真分析。通过一系列的动力学仿真试验,证明本文中选用的控制方法有利于改善三轴转台的带宽和动态跟踪性能,为三轴光学跟踪试验转台的研究开发和具体设计工作提供了一定的理论依据。
【关键词】：三轴光学跟踪试验转台 ADAMS 动力学 联合仿真
【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】：2006
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 三轴光学跟踪试验转台及其发展概况10-13
• 1.2.1 国内外仿真转台的发展概况10-11
• 1.2.2 三轴转台控制系统研究的主要问题和现状11-13
• 1.3 机械系统动力学分析与仿真的发展13-16
• 1.3.1 多体系统动力学简介13-14
• 1.3.2 虚拟样机技术14-15
• 1.3.3 机械系统动力学仿真与分析的发展15-16
• 1.4 课题来源及主要研究内容16-18
• 第2章 三轴光学跟踪试验转台系统组成及建模18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 转台的总体结构设计18-20
• 2.3 三轴仿真转台的动力学方程20-27
• 2.3.1 基本概念和定理20-22
• 2.3.2 转台动力学方程的建立22-27
• 2.4 三轴仿真转台控制对象数学模型27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 三轴光学跟踪试验转台解耦问题的研究30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 耦合对系统的影响30-31
• 3.3 常用的解耦方法31-33
• 3.4 鲁棒补偿解耦控制器设计33-37
• 3.4.1 鲁棒补偿解耦控制器原理33-34
• 3.4.2 归零因子环节的设计34-35
• 3.4.3 低通滤波器F(s)的设计35-36
• 3.4.4 转台鲁棒补偿解耦控制器的设计36-37
• 3.5 仿真结果37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 伺服系统控制策略设计39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 控制回路设置39-40
• 4.3 转台快速性分析40-45
• 4.3.1 加速度反馈42-43
• 4.3.2 速度反馈43
• 4.3.3 反馈和前馈复合控制43-44
• 4.3.4 神经网络PID控制44-45
• 4.4 转台的控制策略45-50
• 4.4.1 PID控制算法45-47
• 4.4.2 输入信号微分前馈复合控制系统47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 三轴光学跟踪试验转台的动力学仿真51-64
• 5.1 引言51
• 5.2 ADAMS与MATLAB的联合仿真51-54
• 5.2.1 联合仿真环境介绍51-53
• 5.2.2 联合仿真方法概述53-54
• 5.3 转台联合仿真分析过程54-57
• 5.3.1 用Solidworks软件图形演示建立的模型54-55
• 5.3.2 ADAMS软件中得到的模型输出55-56
• 5.3.3 模型输入输出变量56
• 5.3.4 控制系统模型导入56-57
• 5.4 转台伺服系统控制策略仿真分析57-61
• 5.5 转台伺服系统控制策略实验研究61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明70
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书70
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理70-71
• 致谢71

【引证文献】

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本文编号：439313