气浮台系统关键控制技术研究与实现

发布时间：2017-09-26 15:09

  本文关键词：气浮台系统关键控制技术研究与实现

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【摘要】：伴随着科技的迅速发展,许多大国对于太空资源的竞争愈演愈烈,对此要求的航天器的结构以及任务的复杂度都在随着时间的增加而增加,从而为了保证太空实验的成功,也进一步突显地面全物理仿真试验的重要性和复杂性。本论文是一个以全物理地面仿真试验作为研究方向,主要针对气浮台系统的相关技术和应用进行相应的设计和实现。其中气浮台系统主要分为两个子系统:二次平台系统和六自由度气浮台系统,其中二次平台降低了对大理石平台平整度的要求,气浮台系统总共有8个子系统,本文主要针对其中的三个子系统进行了相关设计和实现,即二次平台基座支撑调平系统、气浮台垂向位移和气压控制系统来进行相关设计和实现。二次平台基座支撑调平系统的设计与实现,首先对调平系统进行了相关说明和介绍,给出了本项目中基座支撑调平系统所设计到的调平方法,即四点中心不动调平法,进行了该方法的说明和相关公式推力最终得到了调平公式;然后对主控模块进型了说明和设计,并完成基于主控模块的软硬件设计,包括芯片的选择、电路设计、软件设计;最后完成了基于PID参数整定的控制器的设计,并完成了最终真个基座支撑调平系统的调试工作,并进行了相关的讨论和验证,进一步说明了该系统的合理性。气浮台垂向控制系统的设计与实现,首先对六自由度气浮台垂向控制系统的进行设计和仿真,为此首先建立气浮台垂向系统的的运动学模型;然后介绍了滑模控制;并且分别进行了基于比例滑模和基于趋近律和一阶动态滑模的滑模控制对位移控制进行了仿真和研究以及基于改进的比例切换滑模控制的气腔气压控制的研究和仿真,并进了外扰动的仿真和讨论以及PID控制器对比;最后进行了垂向控制系统的设计和实现说明,从硬件和软件两个方面来进行相关说明,并对垂向控制系统进行了相关实验验证。
【关键词】：气浮台 调平系统 位移控制 压力补偿 滑模控制
【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】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的8-9
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题研究的背景8-9
• 1.2 气浮台系统国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.2.3 研究现状评述11-12
• 1.3 课题研究内容12-14
• 1.3.1 课题的项目背景12
• 1.3.2 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 气浮台系统构成14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 气浮台系统的基本组成14-17
• 2.2.1 二次平台系统14-15
• 2.2.2 六自由度气浮台系统15-16
• 2.2.3 气浮台系统图述16-17
• 2.3 性能指标17
• 2.4 二次平台基座支撑调平系统选型17-19
• 2.5 气浮台垂向控制系统选型19-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 二次平台基座支撑调平系统设计与实现23-40
• 3.1 引言23
• 3.2 基座支撑调平系统的调平方法23-28
• 3.2.1 基于四点式的调平系统23-24
• 3.2.2 调平算法24-28
• 3.3 二次平台基座支撑调平系统28-33
• 3.3.1 基座支撑调平系统的原理28-29
• 3.3.2 基座支撑调平系统的硬件实现29-30
• 3.3.3 基座支撑调平系统的软件实现30-33
• 3.4 基座支撑调平系统的控制系统设计与实现33-39
• 3.4.1 PID控制器33-35
• 3.4.2 基座支撑系统的实现与验证35-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 气浮台垂向控制系统的建模与仿真40-60
• 4.1 引言40
• 4.2 气浮台垂向控制系统的运动学建模40-43
• 4.3 滑模变结构控制43-45
• 4.3.1 滑模控制简介43
• 4.3.2 滑模变结构控制的基本原理43-44
• 4.3.3 比例切换和趋近律滑模控制方法44-45
• 4.4 基于滑模控制的垂向气压系统仿真45-59
• 4.4.1 一种改进的比例切换滑模控制45-46
• 4.4.2 基于改进比例切换滑模气压控制器仿真46-52
• 4.4.3 基于比例切换滑模位移跟踪控制器设计52-55
• 4.4.4 基于趋近律滑模位移跟踪控制器设计55-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 气浮台垂向控制系统的设计与实现60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 垂向控制系统设计60-62
• 5.3 垂向控制系统的实现62-66
• 5.3.1 系统的硬件实现62-63
• 5.3.2 系统的软件实现63-66
• 5.4 垂向控制系统实际调试66-72
• 5.4.1 垂向位移试验66-68
• 5.4.2 垂向力学试验68-72
• 5.5 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

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本文编号：924180