基于嵌入式的恒拉力系统研究

发布时间：2017-09-13 02:39

  本文关键词：基于嵌入式的恒拉力系统研究

  更多相关文章： 低重力模拟 控制器设计 嵌入式控制器

【摘要】：在当今中国,深空探测技术的发展在不断的深入,会有越来越多的航天器被送入太空或送入星球,航天器也会从以姿态较少的卫星为主转向各种灵活的便于实现诸多功能的登录或作业机器为主。在这之中如果能有一套模拟机构在陆地上通过模拟外太空的重力环境来评价航天器的动力学性能显得尤为重要。通常的做法是使用一套低重力模拟装置来模拟低重力环境。而吊索式低重力模拟器由于不限制航天器大小,模拟时间任意,可满足动态性能等优点可以胜任测试航天器动态性能的任务。在整个吊索式低重力模拟器中,吊索是与航天器直接相连的,它直接提供竖直方向的拉力,它在竖直方向的跟随显得尤为重要。本课题依托于航天院所项目,旨在为整个低重力模拟系统提供一套既能提供恒拉力,又能抵消航天器竖直方向移动的一套系统。与航天器相连的吊索部分是由力矩电机直接驱动的。这样对电机的控制显得尤为重要。本论文对于控制器设计方面解决的问题主要有两个方面:其一是系统的建模,能否运用物理学等效建立起与实际系统相近并且方便进行控制器设计的模型是至关重要的,对于系统中钢丝绳部件,分别采用了刚性等效,弹性等效,微元等效法建立模型来近似实际系统;其二是控制器设计,在模型建立的基础上,进行控制器设计,由于该控制器会在嵌入式系统中实现,所以对于控制器设计的要求是阶数尽量低并且满足给定指标要求。本论文采用频域法针对模型二和模型三进行控制并使其能满足给定指标。在工程实现方面,传统的控制器实现方案是工控机加板卡。这种实现方案由于用户界面良好,实时性好,开发方便等优点一直很受工程领域的青睐。但它也存在一些缺陷。包括程序后门造成的保密性方面的考量,系统体积过大,不便移动,可扩展性受控于板卡种类等。本课题将做出一套全新的嵌入式控制器,该控制器采用强大的处理芯片,从而使其具有强大的运算能力与运算速度;板子构造采用子板插底板的方式,不同PCB电路板之间功能耦合做到最低,利于板子的扩展。此外,该项目板将加入多种输入输出接口,包括CAN,AD/DA,数字IO,profibus,以太网,串口等接口,这样就保证了该控制板的通用性。
【关键词】：低重力模拟 控制器设计 嵌入式控制器
【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】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.1.1 课题的研究背景9
• 1.1.2 课题的意义9-11
• 1.2 国内外低重力模拟装置的发展和现状11-16
• 1.2.1 国外关于低重力模拟装置的发展现状11-14
• 1.2.2 国内关于低重力模拟装置的发展现状14-16
• 1.3 本论文的主要研究内容16-17
• 第2章 恒拉力系统的机理及数学建模17-40
• 2.1 吊索式低重力模拟器的介绍17-18
• 2.1.1 吊索式低重力模拟器的实现原理17-18
• 2.1.2 恒拉力系统的实现方案18
• 2.2 数学模型的建立18-39
• 2.2.1 参数的选取19-21
• 2.2.2 刚性钢丝绳低重力模型的建立与仿真分析21-25
• 2.2.3 弹性钢丝绳低重力模型的建立与仿真分析25-30
• 2.2.4 钢丝绳微元低重力模型的建立与仿真分析30-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第3章 恒拉力系统的算法与仿真40-53
• 3.1 引言40
• 3.2 低阶模型控制器设计与抗干扰性分析40-48
• 3.2.1 低阶模型控制器设计40-44
• 3.2.2 对于系统抗干扰性的分析44-48
• 3.3 高阶模型控制器设计与抗干扰性分析48-51
• 3.3.1 高阶模型控制器设计48-50
• 3.3.2 高阶系统抗干扰性分析50-51
• 3.4 本章小节51-53
• 第4章 嵌入式部分设计53-73
• 4.1 设计要求53
• 4.2 方案总体设计53-59
• 4.2.1 芯片型号的选择54-55
• 4.2.2 具体电路的原理设计55-59
• 4.3 PCB板的设计与绘制59-68
• 4.3.1 底板PCB板的设计与绘制59-65
• 4.3.2 FPGA底板的设计65-68
• 4.4 实际做出的课题板68-70
• 4.5 控制算法在嵌入式控制器上的实现70-72
• 4.5.1 初始化流程70-71
• 4.5.2 主定时器流程71-72
• 4.6 本章小节72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王礼恒;;我国航天的成就与发展[J];中国工程科学;2008年12期

，

本文编号：841046