水上宽带伺服控制系统平台设计

发布时间：2017-09-06 03:03

  本文关键词：水上宽带伺服控制系统平台设计

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【摘要】：移动卫星通信(“动中通”)技术拥有巨大的发展空间和应用潜力,其核心技术是隔离载体的运动对天线的指向干扰,保证天线始终稳定跟踪指向卫星。本文主要介绍海上渔船的“动中通”系统设计,重点研究其跟踪与稳定控制技术,在本次研发过程中完成了以下工作：1、进行系统整体设计,根据系统设计目标和技术指标提出基于三轴自主跟踪平台的设计,并对主要核心器件进行选型。2、对整个硬件系统进行设计,硬件电路的控制核心芯片采用STM32F407。采用模块化设计的理念来设计硬件电路,将整个硬件电路按照不同的功能划分为电源模块、控制核心模块、电机驱动模块以及信号接收模块等几部分。针对各个模块进行详细分析,以及对主要元件进行选型并设计相应电路,给出了最终的电路设计原理图。3、系统采用三轴结构并详细设计了系统的三轴控制策略,对横滚和俯仰控制采用了前馈与闭环反馈相结合的控制方案,采用闭环控制策略的方案来设计方位控制系统。4、分析系统中陀螺的信号特性,采用递推最小二乘多项式拟合算法和卡尔曼滤波算法对陀螺仪输出信号进行滤波,分析比较两种方法的实际滤波效果,递推最小二乘多项式拟合算法更加适合应用于本系统,最终根据实际测量结果给出了滤波处理后的陀螺信号。5、利用模块化的思想来编写软件,将本设计的软件划分为初始找星模块和稳定跟踪模块等几部分,并对系统的初始对星模块和稳定跟踪模块进行详细介绍,给出了相应模块的流程图。6、对天线进行稳定跟踪调试,测试系统的跟踪性能,船只在海面上受到的扰动通过三轴摇摆台来模拟,然后对天线系统进行单轴静动态调试和三轴动态调试,测出了本系统的实际跟踪精度,从测试结果中可看出本设计基本实现了系统的设计指标。最后对本设计研究成果和不足之处进行了总结以及对下一步研究工作进行了展望,希望在下一阶段的系统的性能能够更加优越。
【关键词】：移动卫星通信 稳定跟踪 三轴结构 智能PID控制 递推最小二乘
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927.23
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-13
• 1.1 研究背景与研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 论文主要安排12-13
• 2 系统总体设计13-23
• 2.1 系统组成13-14
• 2.2 系统设计目标和性能指标组成14
• 2.3 系统机械结构14-15
• 2.4 核心器件选型15-21
• 2.4.1 控制核心芯片15-16
• 2.4.2 传感器16-20
• 2.4.3 执行器20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 3 系统硬件方案设计23-35
• 3.1 硬件电路框图23-24
• 3.2 电源模块模块24-26
• 3.2.1 +24V电源部分24
• 3.2.2 +5V电源部分24-25
• 3.2.3 +3.3V电源部分25-26
• 3.3 控制核心模块26-30
• 3.3.1 时钟接口26-27
• 3.3.2 串行通信接口(USART)27-28
• 3.3.3 串行外围设备接口(SPI)28
• 3.3.4 CAN总线通信接口28-29
• 3.3.5 外部中断接口29-30
• 3.3.6 通用输入输出接口30
• 3.4 电机驱动模块30-32
• 3.4.1 电机驱动芯片选型30
• 3.4.2 电路设计30-32
• 3.5 信号接收模块32-34
• 3.5.1 航姿信号33
• 3.5.2 GPS信号33-34
• 3.5.3 AGC信号34
• 3.5.4 编码器信号34
• 3.6 本章小结34-35
• 4 控制结构及陀螺信号的应用35-47
• 4.1 三轴系统结构35
• 4.2 控制策略分析35-39
• 4.2.1 前馈控制策略35-37
• 4.2.2 反馈控制策略37-38
• 4.2.3 前馈与反馈结合控制策略38-39
• 4.3 陀螺信号分析与处理39-46
• 4.3.1 陀螺仪内部结构分析39
• 4.3.2 陀螺仪温度漂移测试39-40
• 4.3.3 硬件差分抑制陀螺温漂40-43
• 4.3.4 对陀螺仪信号进行软件滤波43-45
• 4.3.5 陀螺滤波实验结果分析45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 系统软件设计47-59
• 5.1 软件开发环境介绍47
• 5.2 系统软件接口47-48
• 5.3 系统模块组成48
• 5.4 系统初始对星模块48-54
• 5.4.1 微处理器MCU初始化模块48-50
• 5.4.2 系统粗对星模块50-53
• 5.4.3 系统精对准模块53-54
• 5.5 系统稳定跟踪模块54-58
• 5.6 本章小结58-59
• 6 系统调试结果及分析59-65
• 6.1 静态调试结果59-61
• 6.1.1 横滚静态调试59-60
• 6.1.2 俯仰静态调试60
• 6.1.3 方位静态调试60-61
• 6.2 动态调试结果61-62
• 6.2.1 横滚动态调试61
• 6.2.2 俯仰动态调试61-62
• 6.2.3 方位动态调试62
• 6.3 三轴动态联调结果62-64
• 6.4 本章小结64-65
• 7 总结与展望65-68
• 7.1 研究成果总结65
• 7.2 进一步工作展望65-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71-74
• 附录74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马纳吉;;实施CAN总线通信提高煤矿安全生产[J];煤炭技术;2010年05期

2 王鹏华,李桂茹;烟叶发酵中温湿度的自动控制系统[J];自动化技术与应用;2005年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 周华良;车载卫星天线稳定跟踪系统的设计与工程实现[D];南京理工大学;2005年

2 于明丽;基于STM32和μC/OS-Ⅱ的B类AIS基带系统的设计[D];大连海事大学;2012年

3 武少飞;基于ARM的舞台轴控制器研究与开发[D];兰州理工大学;2012年

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本文编号：801768