串并联式稳定平台姿态测量和控制技术研究
发布时间：2023-02-28 17:33
舰船在海面上航行时,会受到海浪、海风、洋流等各种海洋扰动的作用,从而引起载体产生摇摆、振动,导致载体上的光学精密仪器、武器瞄准系统、舰载雷达和通讯系统由于载体的姿态扰动无法正常工作使用。随着我国海军军事力量的现代化建设发展,水面武器装备的研究越来越重要。因此,水面武器装备急需解决的一个问题就是如何克服载体的摇摆、风阻力矩及振动等干扰影响。稳定平台是指能够使被稳定对象在外部干扰作用下相对惯性空间保持方位不变,或在指令力矩作用下能按给定规律相对惯性空间转动的装置。本文设计了一种用于舰船的串并联式稳定平台,并以此为研究对象,进行了深入的理论分析和实验研究.串并联式稳定平台由上下两层组成,下台体为并联式稳定平台,用来克服载体的姿态扰动;上台体为串联式跟踪平台,用来实现目标的实时跟踪。论文在研制一套新型串并联式稳定平台的基础上,主要对并联稳定平台进行研究,以下简称为稳定平台,并针对串并联式稳定平台系统组成、影响稳定精度的误差源、姿态测量和系统建模、控制策略和载体姿态扰动预测等关键技术进行了理论研究和实验验证。1.首先设计研制了一套串并联式稳定平台系统,既可以克服由于载体姿态扰动带来的干扰影响,又...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外稳定平台研究情况
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 稳定平台系统中关键技术的研究现状
1.3.1 稳定平台控制方法
1.3.2 陀螺仪输出信号处理
1.3.3 载体姿态扰动预测方法
1.4 论文的组织结构
2 串并联式稳定平台总体系统和误差源分析
2.1 系统总体结构和工作原理
2.2 稳定平台机械结构及组成
2.2.1 总体机械结构
2.2.2 一级并联稳定平台结构及功能
2.2.3 二级串联跟踪平台结构及功能
2.3 稳定平台控制系统和主要硬件组成
2.3.1 控制系统结构分析
2.3.2 主要硬件组成
2.4 误差源分析
2.4.1 机械谐振
2.4.2 非线性摩擦干扰
2.4.3 陀螺仪误差影响
2.4.4 载体姿态扰动
2.5 本章小结
3 串并联式稳定平台系统动力学和控制模型分析
3.1 串并联式稳定平台系统动力学分析
3.1.1 坐标系建立
3.1.2 坐标系变换
3.1.3 稳定平台并联机构实现稳定的运动学原理
3.2 稳定平台运动学分析
3.2.1 运动学逆解
3.2.2 并联平台雅可比矩阵
3.3 稳定平台控制系统建模分析
3.3.1 稳定平台伺服系统控制结构
3.3.2 电机数学模型
3.3.3 逆变器传递函数
3.3.4 电流环数学模型及控制参数整定
3.3.5 速度环数学模型及控制参数整定
3.3.6 位置环控制模型及控制参数整定
3.4 本章小结
4 串并联式稳定平台姿态测量传感器信号处理方法
4.1 倾角仪的使用安装和误差成因分析
4.2 倾角仪误差补偿方法
4.2.1 最小二乘法补偿
4.2.2 RBF神经网络补偿
4.2.3 倾角仪标定实验
4.3 陀螺仪信号建模分析及滤波方法研究
4.3.1 常规卡尔曼滤波
4.3.2 机动目标跟踪Singer模型建模
4.3.3 基于Modified Singer模型的陀螺输出建模
4.3.4 基于MS-IMMIKF的MEMS陀螺输出信号消噪处理
4.4 陀螺仪滤波数值仿真及试验分析
4.4.1 静态验证
4.4.2 动态验证
4.4.3 静态稳定试验
4.4.4 动态稳定试验
4.5 本章小结
5 稳定平台速度环干扰抑制补偿策略
5.1 串并联式稳定平台中稳定回路传统控制方法分析
5.2 传统干扰观测器设计分析
5.3 分数阶改进型干扰观测器设计
5.3.1 分数阶改进型干扰观测器结构
5.3.2 分数阶Q滤波器设计
5.4 速度环稳定回路灰色预测控制方法
5.4.1 灰色预测理论
5.4.2 灰色预测控制器设计
5.4.3 参数自适应调节模块的设计
5.4.4 基于自适应灰色预测的分数阶改进干扰观测器
5.5 数值仿真及实验
5.5.1 阶跃信号跟踪
5.5.2 连续信号跟踪
5.5.3 稳定平台试验
5.6 本章小结
6 基于灰色-混沌预测姿态扰动的稳定平台复合控制方法
6.1 稳定回路时滞分析
6.2 稳定平台跟踪回路自适应灰色预测控制
6.2.1 自适应灰色预测控制结构
6.2.2 灰色GM(1.1)模型
6.2.3 自适应调节模块
6.3 前馈控制器设计
6.4 稳定平台载体扰动姿态预测方法
6.4.1 混沌时间序列判定
6.4.2 重构相空间
6.4.3 嵌入维数m和时间延迟τ的选取
6.4.4 灰色GM(1.1)的改进优化
6.4.5 扰动预测实验研究及分析
6.5 基于姿态扰动预测的稳定平台复合控制策略
6.6 仿真及实验研究
6.6.1 系统阶跃响应
6.6.2 系统输入正弦信号
6.6.3 系统输入复杂信号
6.7 本章小结
7 串并联式稳定平台动静态稳定实验及分析
7.1 串并联式稳定平台原理样机及实验系统组成
7.1.1 串并联式稳定平台整体原理样机及指标
7.1.2 室内实验控制系统硬件组成
7.2 控制系统软件设计
7.2.1 软件编译环境概述
7.2.2 软件流程框图
7.3 串并联式稳定平台实验准备
7.3.1 原理样机机械结构自检测试
7.3.2 一级并联稳定平台位置误差补偿实验
7.4 一级并联稳定平台室内稳定实验
7.4.1 静态稳定实验
7.4.2 动态稳定实验
7.5 本章小结
8 总结及展望
8.1 论文总结
8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3751555
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外稳定平台研究情况
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 稳定平台系统中关键技术的研究现状
1.3.1 稳定平台控制方法
1.3.2 陀螺仪输出信号处理
1.3.3 载体姿态扰动预测方法
1.4 论文的组织结构
2 串并联式稳定平台总体系统和误差源分析
2.1 系统总体结构和工作原理
2.2 稳定平台机械结构及组成
2.2.1 总体机械结构
2.2.2 一级并联稳定平台结构及功能
2.2.3 二级串联跟踪平台结构及功能
2.3 稳定平台控制系统和主要硬件组成
2.3.1 控制系统结构分析
2.3.2 主要硬件组成
2.4 误差源分析
2.4.1 机械谐振
2.4.2 非线性摩擦干扰
2.4.3 陀螺仪误差影响
2.4.4 载体姿态扰动
2.5 本章小结
3 串并联式稳定平台系统动力学和控制模型分析
3.1 串并联式稳定平台系统动力学分析
3.1.1 坐标系建立
3.1.2 坐标系变换
3.1.3 稳定平台并联机构实现稳定的运动学原理
3.2 稳定平台运动学分析
3.2.1 运动学逆解
3.2.2 并联平台雅可比矩阵
3.3 稳定平台控制系统建模分析
3.3.1 稳定平台伺服系统控制结构
3.3.2 电机数学模型
3.3.3 逆变器传递函数
3.3.4 电流环数学模型及控制参数整定
3.3.5 速度环数学模型及控制参数整定
3.3.6 位置环控制模型及控制参数整定
3.4 本章小结
4 串并联式稳定平台姿态测量传感器信号处理方法
4.1 倾角仪的使用安装和误差成因分析
4.2 倾角仪误差补偿方法
4.2.1 最小二乘法补偿
4.2.2 RBF神经网络补偿
4.2.3 倾角仪标定实验
4.3 陀螺仪信号建模分析及滤波方法研究
4.3.1 常规卡尔曼滤波
4.3.2 机动目标跟踪Singer模型建模
4.3.3 基于Modified Singer模型的陀螺输出建模
4.3.4 基于MS-IMMIKF的MEMS陀螺输出信号消噪处理
4.4 陀螺仪滤波数值仿真及试验分析
4.4.1 静态验证
4.4.2 动态验证
4.4.3 静态稳定试验
4.4.4 动态稳定试验
4.5 本章小结
5 稳定平台速度环干扰抑制补偿策略
5.1 串并联式稳定平台中稳定回路传统控制方法分析
5.2 传统干扰观测器设计分析
5.3 分数阶改进型干扰观测器设计
5.3.1 分数阶改进型干扰观测器结构
5.3.2 分数阶Q滤波器设计
5.4 速度环稳定回路灰色预测控制方法
5.4.1 灰色预测理论
5.4.2 灰色预测控制器设计
5.4.3 参数自适应调节模块的设计
5.4.4 基于自适应灰色预测的分数阶改进干扰观测器
5.5 数值仿真及实验
5.5.1 阶跃信号跟踪
5.5.2 连续信号跟踪
5.5.3 稳定平台试验
5.6 本章小结
6 基于灰色-混沌预测姿态扰动的稳定平台复合控制方法
6.1 稳定回路时滞分析
6.2 稳定平台跟踪回路自适应灰色预测控制
6.2.1 自适应灰色预测控制结构
6.2.2 灰色GM(1.1)模型
6.2.3 自适应调节模块
6.3 前馈控制器设计
6.4 稳定平台载体扰动姿态预测方法
6.4.1 混沌时间序列判定
6.4.2 重构相空间
6.4.3 嵌入维数m和时间延迟τ的选取
6.4.4 灰色GM(1.1)的改进优化
6.4.5 扰动预测实验研究及分析
6.5 基于姿态扰动预测的稳定平台复合控制策略
6.6 仿真及实验研究
6.6.1 系统阶跃响应
6.6.2 系统输入正弦信号
6.6.3 系统输入复杂信号
6.7 本章小结
7 串并联式稳定平台动静态稳定实验及分析
7.1 串并联式稳定平台原理样机及实验系统组成
7.1.1 串并联式稳定平台整体原理样机及指标
7.1.2 室内实验控制系统硬件组成
7.2 控制系统软件设计
7.2.1 软件编译环境概述
7.2.2 软件流程框图
7.3 串并联式稳定平台实验准备
7.3.1 原理样机机械结构自检测试
7.3.2 一级并联稳定平台位置误差补偿实验
7.4 一级并联稳定平台室内稳定实验
7.4.1 静态稳定实验
7.4.2 动态稳定实验
7.5 本章小结
8 总结及展望
8.1 论文总结
8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3751555
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3751555.html
