FOD检测雷达转台伺服控制系统的设计

发布时间：2017-09-03 09:42

  本文关键词：FOD检测雷达转台伺服控制系统的设计

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【摘要】：民航事业作为现代服务业的重要组成部分,在社会生活中发挥着越来越大的作用,它与人民群众的生活息息相关,因此航空器的安全问题也变得日益重要。FOD是有可能出现在机场跑道并损坏航空器的外来物体的简称,它对航空器的危害巨大；FOD检测雷达天线能够检测到这些外来物体,但是本身必须依靠一个可以转动的载体才能有效检测大面积跑道。转台控制系统可以作为FOD检测雷达天线的载体,安置在机场跑道两侧并带动雷达天线转动,对机场跑道内的外来物体进行检测。本文根据某科研项目需求设计了一款位置精度和速度稳定度较高且成本较低的转台控制系统,具体研究内容如下所示：1、根据转台的技术指标和功能需求确定转台的总体设计方案,分析转台的工作原理和设计转台的机械结构,然后对所用的器件进行了选择。2、按照转台的功能需求进行硬件板卡设计,板卡采用STM32+FPGA双处理器协作的设计思想；分别介绍了各功能模块的设计并给出了具体的电路原理图。3、根据转台的内部结构和工作原理设计了速度环和位置环相结合的闭环反馈控制策略,建立了转台系统的数学模型,分析系统的稳态误差并利用PI调节器对系统进行校正在MATLAB中进行了仿真实验；阐述了光电编码器存在的测量误差并针对该误差数据进行了滑动平均滤波处理。4、转台的软件设计采用模块化的编程思想,将软件分成多个功能模块来实现；介绍了软件的开发环境和转台上位机软件的设计。5、转台与载荷系统联调进行验收工作；因转台工作环境特殊,为测试其可靠性在环境试验中心分别进行了高低温和高湿环境试验并顺利通过；系统在机场进行实地试验取得较好的效果。最后对本设计的研究成果进行了总结并提出了不足和改进方法,该系统如果得到推广使用将会为我国民航事业的发展提供巨大的帮助。
【关键词】：FOD检测雷达 转台控制系统 PID控制 滑动平均滤波
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.8;TM921.541
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 论文的主要安排11-13
• 2 系统总体设计方案13-21
• 2.1 转台技术及功能指标13-14
• 2.2 系统综述14-15
• 2.2.1 整体系统组成14
• 2.2.2 转台的工作原理14-15
• 2.2.3 转台的机械结构15
• 2.3 系统中相关器件的选择15-20
• 2.3.1 电机和减速器的选择16-17
• 2.3.2 驱动器的选择17-18
• 2.3.3 角度传感器的选择18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 系统硬件板卡设计21-34
• 3.1 硬件板卡总体设计21-22
• 3.2 硬件板卡各模块电路设计22-33
• 3.2.1 STM32处理器模块22-25
• 3.2.2 FPGA处理器模块25-27
• 3.2.3 板卡供电模块27-29
• 3.2.4 编码器采集模块29-30
• 3.2.5 通信接口模块30-32
• 3.2.6 硬件限位保护模块32-33
• 3.2.7 板卡信号隔离处理33
• 3.3 本章小结33-34
• 4 控制系统设计及编码器应用34-46
• 4.1 转台内部结构34
• 4.2 转台控制策略34-35
• 4.3 系统稳态误差35-41
• 4.3.1 转台数学模型35-37
• 4.3.2 稳态误差分析37-40
• 4.3.3 仿真实验40-41
• 4.4 光电编码器数据采集和处理应用41-45
• 4.4.1 光电编码器数据采集及采样周期41-42
• 4.4.2 光电编码器测量误差影响因素42-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 系统软件设计46-53
• 5.1 软件实现的功能46
• 5.2 软件开发环境46-47
• 5.3 软件各功能模块设计47-52
• 5.3.1 系统通信协议47-48
• 5.3.2 主程序功能模块48-50
• 5.3.3 中断服务程序功能模块50-52
• 5.4 转台上位机软件52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 系统设计结果53-60
• 6.1 系统联调结果53-56
• 6.1.1 功能指标53
• 6.1.2 转动角速度53-54
• 6.1.3 转动角度范围54-55
• 6.1.4 输出角度精度55
• 6.1.5 脉冲和数据波形55-56
• 6.2 环境试验结果56-57
• 6.2.1 高低温环境试验56-57
• 6.2.2 高湿环境试验57
• 6.2.3 环境试验结果57
• 6.3 系统实地试验结果57-59
• 6.4 本章小结59-60
• 7 结论60-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63-64
• 致谢64-67
• 附录67

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1 孙久荣;FOD检测雷达转台伺服控制系统的设计[D];西安工业大学;2016年

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本文编号：784295