机载雷达伺服系统研发及其变结构控制研究

发布时间：2017-06-01 07:00

  本文关键词：机载雷达伺服系统研发及其变结构控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文是以某型机载雷达转台伺服系统电气部分的研发及其关键部件的国产化项目为背景。主要内容包括:1、根据转台伺服系统的原理,制定了系统的总体设计方案;2、完成控制器和检测器的软硬件开发;3、对系统进行建模分析,并通过系统辨识,获得系统模型;4、引入变结构控制策略对系统进行控制,并通过计算机仿真手段验证其控制效果。笔者在综合考虑系统的功能要求、性能指标、成本等因素之后,确定了伺服控制系统的整体设计方案和各关键器件的选用:采用模块化设计思想,系统由通信模块、控制模块、驱动模块以及检测模块四大模块组成。其中,上位机作为人机交互界面,实现与控制平台的通信;以ARM芯片作为控制核心;MAXON伺服直流电机作为执行器件;使用PWM调制驱动方式和滑模变结构控制策略;采用位置、速度、电流三环检测回路的控制结构,对系统进行有效控制。随后进行了伺服控制系统的硬件和软件各个部分的设计、开发和实现。该部分主要工作有:硬件方面,介绍系统硬件结构的具体实现,包括以STM32F103为核心的控制电路、驱动器芯片的外围电路设计、检测模块中解码电路和一些信号处理电路等;软件方面,介绍系统软件的开发和编写,包括软件的开发环境和工具、主程序的编写和各种中断服务子程序的编写等。控制器设计的前提是构建出系统的数学模型。在研究了多种系统建模方法之后,本系统采用系统辨识的方法得出该伺服控制系统的近似数学模型。在得到的近似模型的基础之上,设计了该伺服控制系统基于自适应指数趋近律的变结构控制器,并通过计算机仿真,验证了该控制器的有效性。然后对系统的抗干扰性进行研究,并通过仿真得出系统在外干扰和参数扰动的条件下,仍能有优良的性能表现,从而证明了变结构控制的优越性。
【关键词】：伺服系统 ARM 建模 系统辨识 变结构控制
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN959.73
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 引言16
• 1.2 研究背景和意义16-17
• 1.3 伺服系统概述17-19
• 1.3.1 伺服系统的基本原理及组成17-18
• 1.3.2 伺服系统的分类和发展概况18-19
• 1.4 变结构控制的发展概况19-21
• 1.5 本文主要研究内容21-24
• 第二章 雷达伺服控制系统的总体设计24-32
• 2.1 雷达伺服系统的整体设计方案24-25
• 2.2 系统关键原件的选型25-28
• 2.2.1 执行电机选型25-26
• 2.2.2 核心控制芯片的选型26-28
• 2.3 伺服系统的控制模块28-31
• 2.3.1 伺服系统的三环控制28-29
• 2.3.2 变结构控制算法29-30
• 2.3.3 PWM脉宽调制控制30-31
• 2.4 本章小节31-32
• 第三章 雷达伺服系统电气部分硬、软件设计32-52
• 3.1 系统的硬件结构32-33
• 3.2 STM32F103核心电路板设计33-37
• 3.2.1 供电电源33
• 3.2.2 时钟电路33-34
• 3.2.3 JTAG下载.电路34-35
• 3.2.4 外扩RAM电路35-36
• 3.2.5 串口通信电路36-37
• 3.3 功率驱动电路37-39
• 3.3.1 LMD18200芯片应用简介37-38
• 3.3.2 功率驱动电路设计38-39
• 3.4 检测电路39-41
• 3.4.1 电流检测电路39-40
• 3.4.2 速度检测电路40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 3.6 系统软件开发环境和工具简介42-43
• 3.7 系统的软件设计43-50
• 3.7.1 主程序设计44
• 3.7.2 中断服务子程序设计44-50
• 3.8 硬件实物图50-52
• 第四章 伺服转台系统的建模52-68
• 4.1 系统的数学模型52-53
• 4.2 伺服转台系统建模的过程53-55
• 4.2.1 建模的基本原则53
• 4.2.2 建模的一般步骤53-55
• 4.3 伺服转台系统建模的主要方法55-61
• 4.3.1 机理推算建模法55-56
• 4.3.2 实验分析建模法56-61
• 4.4 本系统的数学模型61-68
• 第五章 系统变结构控制器的设计68-84
• 5.1 滑膜变结构控制的性质68-71
• 5.1.1 滑动模态的稳定性68-70
• 5.1.2 滑模变结构控制对外干扰和参数摄动的不变性70-71
• 5.2 滑膜控制器设计的方法和步骤71-78
• 5.2.1 滑模控制器设计的方法72-73
• 5.2.2 滑模控制器的设计步骤73-77
• 5.2.3 极点配置控制器77-78
• 5.3 本系统的控制器设计及仿真78-84
• 5.3.1 本系统的控制器设计78-79
• 5.3.2 仿真结果79-82
• 5.3.3 不确定性对系统的影响82-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 作者简介92-93

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