冗余控制在交流伺服系统中的应用
发布时间：2021-07-17 09:48
在现代战争中,随着军事技术的进步以及战争模式的变化,对武器系统的可靠性要求越来越高,其中系统控制器部分的性能是影响武器可靠性的主要因素。为了提高火炮的性能,本文以火炮交流伺服系统为工程背景下,对炮控系统进行了研究。针对炮控系统工作环境对交流伺服系统的高稳定性和可靠性要求,单一的控制系统已经难以满足要求,采用了双CPU的软硬件冗余控制的方案,满足炮控交流伺服系统在强干扰等情况下的调炮可靠性要求,具有一定的实际应用价值。本论文主要研究工作包含以下几个方面:首先,对冗余控制技术的工作原理和组成方式进行详细的研究分析,比较几种冗余实现方式,分析其优缺点。在此基础,对双CPU冗余实现方式进行研究分析,确定采用"热备份"冗余实现方式,并搭建其系统结构。然后进一步对冗余实现的关键技术进行研究,包括时钟同步技术、信息同步技术、故障检测及冗余切换技术。使用STM32F107VCT6作为控制器芯片,设计两套硬件电路,形成双CPU的硬件冗余方案。主系统和备用系统间通过CAN进行通信,运用解析式的故障检测方法对主系统和备用系统的输出进行实时比较,设定门限误差值,超过门限误差时,自动进行系统的热切换,保证控制系...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 伺服系统简介
1.2.1 液压伺服系统简介
1.2.2 直流伺服系统简介
1.2.3 交流伺服系统简介
1.3 交流伺服系统控制策略
1.4 课题研究的主要内容和主要结构
1.4.1 研究的主要内容
1.4.2 课题技术难点
1.4.3 论文主要结构
2 冗余技术研究
2.1 不同冗余实现方式比较
2.1.1 三种冗余方式分析
2.1.2 双CPU冗余方式分析
2.2 双CPU冗余实现关键技术研究
2.2.1 时钟同步
2.2.2 信息同步
2.2.3 故障检测及冗余切换
2.3 本章小结
3 双CPU冗余系统硬件设计
3.1 交流伺服系统总体结构介绍
3.2 冗余控制器总体架构
3.3 双CPU同步模块
3.4 AD转换模块
3.5 DA转换模块
3.6 通信模块
3.7 本章小结
4 火炮交流伺服系统控制器设计
4.1 经典PID控制
4.2 基于BP神经网络PID的控制器设计
4.2.1 BP神经网络的设计
4.2.2 BP神经网络PID控制器原理与算法
4.3 基于RBF神经网络PID的控制器设计
4.3.1 RBF神经网络的设计
4.3.2 RBF神经网络PID控制器原理与算法
4.4 系统仿真与分析
4.4.1 系统输入阶跃信号时的结果与分析
4.4.2 系统输入正弦信号时的结果与分析
4.5 本章小结
5 双CPU冗余控制器软件设计及半实物仿真
5.1 开发工具介绍
5.2 系统软件设计
5.2.1 主程序模块
5.2.2 数据采集模块
5.2.3 CPU同步模块
5.2.4 故障检测模块
5.2.5 冗余切换模块
5.3 半实物实验仿真验证
5.3.1 时钟同步模块
5.3.2 实物验证结果
5.4 本章小结
6 总结及展望
6.1 本课题研究的主要内容和成果
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CAN的冗余控制及其在轨道交通门禁环网中的应用[J]. 沈鸣飞,郭晓洁,周航. 智能建筑电气技术. 2015(05)
[2]基于并行冗余协议的工业以太网冗余实现方法[J]. 资瑶,宋亚男,徐荣华. 电脑编程技巧与维护. 2015(09)
[3]Data acquisition and control system for lead-bismuth loop KYLIN-Ⅱ-M[J]. 姚传明,黄群英,朱志强,李洋,贺建. Nuclear Science and Techniques. 2015(01)
[4]The design of RMT-based IOC redundancy at RCPI experimental platform in TMSR[J]. 尹聪聪,张宁,李勇平,韩利峰,陈永忠,郭冰. Nuclear Science and Techniques. 2014(06)
[5]Monthly discharge forecasting using wavelet neural networks with extreme learning machine[J]. LI Bao Jian,CHENG Chun Tian. Science China（Technological Sciences）. 2014(12)
[6]交流伺服系统的冗余控制研究[J]. 陈飞,侯远龙,高强. 机械制造与自动化. 2014(05)
[7]Research on regional ionospheric tec modeling using RBF neural network[J]. HUANG Zhi,YUAN Hong. Science China（Technological Sciences）. 2014(06)
[8]浅谈三重冗余控制系统及其表决机制[J]. 刘志颖,郑松,张瑜. 控制工程. 2013(S1)
[9]基于内模控制理论的参数整定[J]. 王民涛,谢克明. 石油化工自动化. 2013(02)
[10]工业生产中的双系统冗余控制[J]. 张宇. 化工自动化及仪表. 2013(03)
博士论文
[1]电液位置伺服控制系统的模糊滑模控制方法研究[D]. 靳宝全.太原理工大学 2010
[2]故障诊断与容错控制方法研究[D]. 王德军.吉林大学 2004
[3]永磁同步电机伺服系统研究[D]. 陈荣.南京航空航天大学 2005
[4]故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D]. 钱华明.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]BP神经网络PID控制在船舶动力定位系统中的应用[D]. 周春光.大连海事大学 2016
[2]内模控制在火电厂主汽温系统中的应用[D]. 王健.华北电力大学 2014
[3]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 孙胜男.东北石油大学 2013
[4]某型布雷武器交流伺服系统控制器研究[D]. 刘通.南京理工大学 2013
[5]基于冗余的自动油门控制系统设计[D]. 孔凡立.南京航空航天大学 2012
[6]双CPU解析冗余通信控制系统的研究与实现[D]. 单晓明.西安电子科技大学 2012
[7]应用IEEE1588协议的电力系统对时技术[D]. 潘宏伟.山东大学 2011
[8]基于IEEE1588标准交换机的研究和设计[D]. 张涛允.华北电力大学（北京） 2011
[9]双CPU冗余通信控制系统的研究与实现[D]. 徐连军.西安电子科技大学 2011
[10]基于遗传神经网络的PID自整定算法的研究[D]. 李一军.西安科技大学 2009
本文编号：3287935
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 伺服系统简介
1.2.1 液压伺服系统简介
1.2.2 直流伺服系统简介
1.2.3 交流伺服系统简介
1.3 交流伺服系统控制策略
1.4 课题研究的主要内容和主要结构
1.4.1 研究的主要内容
1.4.2 课题技术难点
1.4.3 论文主要结构
2 冗余技术研究
2.1 不同冗余实现方式比较
2.1.1 三种冗余方式分析
2.1.2 双CPU冗余方式分析
2.2 双CPU冗余实现关键技术研究
2.2.1 时钟同步
2.2.2 信息同步
2.2.3 故障检测及冗余切换
2.3 本章小结
3 双CPU冗余系统硬件设计
3.1 交流伺服系统总体结构介绍
3.2 冗余控制器总体架构
3.3 双CPU同步模块
3.4 AD转换模块
3.5 DA转换模块
3.6 通信模块
3.7 本章小结
4 火炮交流伺服系统控制器设计
4.1 经典PID控制
4.2 基于BP神经网络PID的控制器设计
4.2.1 BP神经网络的设计
4.2.2 BP神经网络PID控制器原理与算法
4.3 基于RBF神经网络PID的控制器设计
4.3.1 RBF神经网络的设计
4.3.2 RBF神经网络PID控制器原理与算法
4.4 系统仿真与分析
4.4.1 系统输入阶跃信号时的结果与分析
4.4.2 系统输入正弦信号时的结果与分析
4.5 本章小结
5 双CPU冗余控制器软件设计及半实物仿真
5.1 开发工具介绍
5.2 系统软件设计
5.2.1 主程序模块
5.2.2 数据采集模块
5.2.3 CPU同步模块
5.2.4 故障检测模块
5.2.5 冗余切换模块
5.3 半实物实验仿真验证
5.3.1 时钟同步模块
5.3.2 实物验证结果
5.4 本章小结
6 总结及展望
6.1 本课题研究的主要内容和成果
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CAN的冗余控制及其在轨道交通门禁环网中的应用[J]. 沈鸣飞,郭晓洁,周航. 智能建筑电气技术. 2015(05)
[2]基于并行冗余协议的工业以太网冗余实现方法[J]. 资瑶,宋亚男,徐荣华. 电脑编程技巧与维护. 2015(09)
[3]Data acquisition and control system for lead-bismuth loop KYLIN-Ⅱ-M[J]. 姚传明,黄群英,朱志强,李洋,贺建. Nuclear Science and Techniques. 2015(01)
[4]The design of RMT-based IOC redundancy at RCPI experimental platform in TMSR[J]. 尹聪聪,张宁,李勇平,韩利峰,陈永忠,郭冰. Nuclear Science and Techniques. 2014(06)
[5]Monthly discharge forecasting using wavelet neural networks with extreme learning machine[J]. LI Bao Jian,CHENG Chun Tian. Science China（Technological Sciences）. 2014(12)
[6]交流伺服系统的冗余控制研究[J]. 陈飞,侯远龙,高强. 机械制造与自动化. 2014(05)
[7]Research on regional ionospheric tec modeling using RBF neural network[J]. HUANG Zhi,YUAN Hong. Science China（Technological Sciences）. 2014(06)
[8]浅谈三重冗余控制系统及其表决机制[J]. 刘志颖,郑松,张瑜. 控制工程. 2013(S1)
[9]基于内模控制理论的参数整定[J]. 王民涛,谢克明. 石油化工自动化. 2013(02)
[10]工业生产中的双系统冗余控制[J]. 张宇. 化工自动化及仪表. 2013(03)
博士论文
[1]电液位置伺服控制系统的模糊滑模控制方法研究[D]. 靳宝全.太原理工大学 2010
[2]故障诊断与容错控制方法研究[D]. 王德军.吉林大学 2004
[3]永磁同步电机伺服系统研究[D]. 陈荣.南京航空航天大学 2005
[4]故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D]. 钱华明.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]BP神经网络PID控制在船舶动力定位系统中的应用[D]. 周春光.大连海事大学 2016
[2]内模控制在火电厂主汽温系统中的应用[D]. 王健.华北电力大学 2014
[3]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 孙胜男.东北石油大学 2013
[4]某型布雷武器交流伺服系统控制器研究[D]. 刘通.南京理工大学 2013
[5]基于冗余的自动油门控制系统设计[D]. 孔凡立.南京航空航天大学 2012
[6]双CPU解析冗余通信控制系统的研究与实现[D]. 单晓明.西安电子科技大学 2012
[7]应用IEEE1588协议的电力系统对时技术[D]. 潘宏伟.山东大学 2011
[8]基于IEEE1588标准交换机的研究和设计[D]. 张涛允.华北电力大学（北京） 2011
[9]双CPU冗余通信控制系统的研究与实现[D]. 徐连军.西安电子科技大学 2011
[10]基于遗传神经网络的PID自整定算法的研究[D]. 李一军.西安科技大学 2009
本文编号：3287935
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3287935.html
