机载激光通信终端的变结构控制方法研究

发布时间：2017-08-24 09:11

  本文关键词：机载激光通信终端的变结构控制方法研究

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【摘要】：机载激光通信终端的视轴跟踪问题一直是激光通信领域的重点和难点。由于机载平台机动性强、速度快、运动轨迹难以预测,通信前需要通信双方进行视轴对准,并且在整个通信过程中,通信终端必须时刻对对方进行跟瞄。因此,激光通信必须建立在瞄准、捕获、跟踪(Pointing,Acquisition,Tracking PAT)的基础上。在PAT过程中采用变结构控制是一种很好的策略。本文主要工作是对变结构在机载激光通信终端粗跟踪环节的跟踪性能进行研究,通过对改进前后的变结构控制进行仿真对比。实验表明,PAT过程采用模糊变结构控制在满足精度要求的同时具有较强的鲁棒性。首先对平台性能要求进行分析,确定了采用复合轴控制的优势与必要性,在此基础上介绍了粗跟踪平台的系统结构并建立了各环节的数学模型;之后从理论上详细介绍、分析了变结构的控制特点与设计步骤,并通过理论验证与仿真演示深入说明了变结构控制中精度与鲁棒性之间的矛盾,以及在控制律设计中必须明确知道干扰上界的限制;之后在介绍模糊算法原理与设计思路的基础上,将切换函数作为输入、切换增益作为输出,设计模糊控制器,通过对隶属函数的优化,推理规则的提炼简化,设计了不需明确干扰上界且能兼顾控制精度与鲁棒性的模糊变结构控制器。之后,根据系统特点与激光通信对粗跟踪系统的需求,对粗跟踪系统的每一环,按照期望的性能需求,进行设计与校正,并将其作为后一环的被控环节,达到将复杂的PAT控制结构进行合理简化的目的。最后对关键的位置环,采用经过改进的模糊变结构控制,使得被控系统能够利用变结构控制的不变性抑制外界干扰以及包括各环节建模、等效合并时造成的不准确在内的系统自身参数摄动,克服了不良因素影响。同时模糊算法的引入在不改变经典变结构本身鲁棒性的前提下,对抖振进行了有效的削弱,提高了控制精度。最后在Matlab仿真中,将其与参数经过优化的经典PID控制进行对比,证明了模糊变结构具有更优异的鲁棒性、控制精度与响应的快速性,即使在干扰下,也能满足机载激光通信对PAT粗跟踪系统的要求。之后与经典变结构进行对比,验证了模糊算法的引入的确可以在不需要知道干扰上界的前提下,实现切换增益动态跟随干扰变化,达到精确抵消干扰的目的,进而在削弱抖振的同时,仍能保证模糊变结构拥有经典变结构的各种优异性能。
【关键词】：机载激光通信 PAT粗跟踪 模糊变结构 鲁棒性 稳定性
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究意义10-11
• 1.2 机载激光通信国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内发展状况13
• 1.3 粗跟踪伺服单元控制策略发展综述13-16
• 1.4 本课题主要研究内容16-18
• 2 PAT伺服系统及其数学模型18-26
• 2.1 PAT系统结构与性能要求18-20
• 2.1.1 PAT系统组成与功能简介18-19
• 2.1.2 PAT系统性能分析19-20
• 2.2 PAT系统粗、精复合轴控制技术20-21
• 2.3 PAT系统粗跟踪单元数学模型21-25
• 2.3.1 伺服系统动力方程21-23
• 2.3.2 执行电机数学模型23-24
• 2.3.3 PWM模块模型24
• 2.3.4 系统检测变换元器件模型24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 变结构控制理论26-45
• 3.1 变结构控制基本原理26-29
• 3.2 变结构控制的基本性质29-32
• 3.2.1 变结构控制的存在条件29
• 3.2.2 变结构控制到达条件29
• 3.2.3 变结构控制的不变性29-31
• 3.2.4 变结构控制动态品质31-32
• 3.3 变结构控制器设计方法32-34
• 3.3.1 切换函数设计33-34
• 3.3.2 控制律的设计34
• 3.4 变结构控制稳定性分析34-35
• 3.5 变结构控制系统抖振问题分析35-40
• 3.5.1 抖振产生的原因35-38
• 3.5.2 抖振的削弱38-40
• 3.6 抖振仿真分析40-44
• 3.6.1 采用趋近率法的控制效果仿真40-42
• 3.6.2 采用饱和函数的控制效果仿真42-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 模糊控制理论与研究45-53
• 4.1 模糊控制的数学基础45-47
• 4.1.1 模糊集合45-46
• 4.1.2 隶属函数46
• 4.1.3 模糊逻辑推理46-47
• 4.2 模糊控制工作原理47-48
• 4.3 模糊变结构控制器分析与设计48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 基于模糊变结构的PAT粗跟踪伺服系统研究53-65
• 5.1 PAT粗跟踪伺服系统电流环控制策略53-56
• 5.1.1 电流环框图的确定53-55
• 5.1.2 电流环校正策略55-56
• 5.2 PAT粗跟踪伺服系统速度环控制策略56-58
• 5.2.1 速度环框图的确定56-57
• 5.2.2 速度环校正策略57-58
• 5.3 PAT粗跟踪伺服系统位置环控制策略58-64
• 5.3.1 位置环框图的确定58-60
• 5.3.2 切换函数与控制律的求取60-62
• 5.3.3 模糊变结构控制器的选取62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 系统仿真分析65-76
• 6.1 模糊变结构跟踪效果仿真66-69
• 6.1.1 PID对比控制策略参数的确定66
• 6.1.2 PID与模糊变结构跟踪效果仿真比较66-69
• 6.2 PID与模糊变结构抗干扰能力仿真比较69-72
• 6.3 模糊变结构与经典变结构仿真比较72-75
• 6.4 本章小结75-76
• 7 总结与展望76-78
• 7.1 论文总结76
• 7.2 工作展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：730414