高精度大尺径轴系测角及控制系统设计与研究

发布时间：2017-07-15 12:14

  本文关键词：高精度大尺径轴系测角及控制系统设计与研究

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【摘要】：一个国家经济、科技、国防等方面的发展至关重要,而作为衡量其发展水平重要依据的航空工业、航天工业和航海工业的发展越来越受到重视。各种航空、航天飞行器的研制都离不开转台。随着科学技术的不断进步,生产力的不断提高,对转台的动态性能和整体精度的要求越来越高。大尺径轴系测角系统可广泛应用于大尺寸雷达、导引头仿真设备中。在大尺寸导引头、雷达仿真设备中,内环往往为中空结构,内环轴需要大尺径高精度测角传感器。现有圆光栅尺径较小,无法满足大尺径需求。本文针对提高大尺径轴系测角系统的精度以及改善转台低速平稳性这两个核心问题进行设计与研究。在高精度大尺径轴系测角系统的设计与研究中,使用直线光栅实现大尺径轴系测角,采用四读数头均布的安装结构,从而解决接缝处数据处理问题,并补偿偏心误差以及轴系回转误差。为进一步提高测角精度,通过23面棱体和光电自准直仪测得实验数据,并通过谐波分析方法对测角误差进行补偿。通过Matlab仿真,验证补偿方法的有效性。在转台控制系统的设计与研究中,建立转台电机系统的数学模型,并给出电机系统参数,根据电机系统特性,设计转台控制器,通过仿真验证了转台控制系统的动态性能满足要求,通过对转台控制系统低速跟踪性能的分析,指出减小静动摩擦之比和增大阻尼是减小系统低速爬行、提高控制精度的两种手段,通过仿真验证了摩擦力矩干扰对转台低速性能产生的不良影响。在转台摩擦力矩干扰与补偿的研究中,针对摩擦干扰力矩对高精度转台低速性能的影响,设计了基于摩擦干扰模型的控制方法进行摩擦补偿,从而改善转台低速性能。提出基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法,通过仿真验证了该方法能够消除系统低速爬行现象,改善了系统低速性能。
【关键词】：大尺径 测角 仿真转台 摩擦补偿 LuGre模型
【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】：2016
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外测角系统的研究现状10-11
• 1.3 国内外转台的研究现状11-12
• 1.4 大尺径轴系测角方案分析12-13
• 1.5 摩擦力矩干扰及补偿概述13-15
• 1.6 本文主要研究内容及章节安排15-17
• 第2章 大尺径轴系测角系统设计17-42
• 2.1 引言17
• 2.2 高精度大尺径轴系测角原理17-18
• 2.2.1 绝对式直线光栅尺工作原理17-18
• 2.2.2 直线光栅实现大尺径轴系测角原理18
• 2.3 大尺径轴系测角系统误差分析18-29
• 2.3.1 光栅接缝处读数误差18-19
• 2.3.2 光栅安装偏心误差19-23
• 2.3.3 轴系回转误差23-25
• 2.3.4 基准圆成椭圆或发生不规则形变误差25-29
• 2.4 大尺径轴系测角系统误差补偿29-34
• 2.4.1 多读数头结构消除误差原理分析29-33
• 2.4.2 谐波误差补偿分析33-34
• 2.4.3 误差补偿方案总结34
• 2.5 测角实验与仿真分析34-40
• 2.5.1 数据测定与处理34-38
• 2.5.2 谐波误差补偿38-40
• 2.6 实验总结40-41
• 2.7 本章小结41-42
• 第3章 转台控制系统设计42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 转台电机分析与建模42-45
• 3.2.1 电机分析42
• 3.2.2 电机模型的建立42-45
• 3.2.3 电机系统模型参数的计算45
• 3.3 转台控制器设计45-47
• 3.3.1 电机的Simulink模型45
• 3.3.2 电机系统控制器的设计45-47
• 3.4 转台低速性能分析与仿真47-53
• 3.4.1 转台低速性能分析47-49
• 3.4.2 转台低速性能仿真分析49-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 系统摩擦干扰及补偿控制研究54-69
• 4.1 引言54
• 4.2 摩擦模型分析54-57
• 4.2.1 摩擦的产生及其特性54-55
• 4.2.2 几种主要的摩擦模型概述55-57
• 4.3 摩擦模型的建立57-58
• 4.4 LuGre摩擦模型参数识别58-59
• 4.5 摩擦干扰的补偿59-64
• 4.5.1 固定参数LuGre摩擦模型补偿60-61
• 4.5.2 基于LuGre摩擦模型的自适应补偿61-64
• 4.6 仿真分析64-68
• 4.6.1 固定参数时的摩擦补偿控制65-67
• 4.6.2 自适应摩擦补偿控制67-68
• 4.6.3 转台低速跟踪性能验证68
• 4.7 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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本文编号：543806