望远镜转台伺服控制系统研究

发布时间：2017-10-13 16:25

  本文关键词：望远镜转台伺服控制系统研究

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【摘要】：望远镜是探测空间目标的主要设备,对目标进行探测跟踪过程中,要求系统能够快速准确的跟踪目标。转台伺服控制系统是望远镜的主要组成部分,其控制精度直接影响望远镜整体性能。本文针对望远镜转台伺服控制系统进行研究,设计转台伺服控制器,引入自抗扰控制算法,并对其优化设计,将优化后的自抗扰控制器应用于速度环,进而提高伺服控制系统的稳态精度。首先,了解望远镜伺服控制系统发展状况,阐述本课题的研究意义,介绍望远镜伺服控制系统各组成部分的功能原理,根据转台性能指标要求,提出基于DSP和FPGA控制器的望远镜转台伺服控制系统总体设计方案。其次,对转台伺服控制系统的硬件电路做了详细介绍。以DSP和FPGA作为伺服系统的核心控制器,硬件电路主要包含编码器数据采集电路,PWM波输出电路、LCD显示电路等,同时给出了编码器数据采集和PWM波输出的软件程序设计,并利用Model Sim进行功能仿真验证。随后,介绍了经典的PID控制算法和典型的自抗扰控制算法,针对自抗扰控制算法调节参数过多的问题,对自抗扰控制算法优化设计,简少控制器调节参数,给出了相应参数的整定方法,通过建模仿真验证了改进后的自抗扰控制算法中调节参数的作用效果。最后,利用硬件平台对编码器数据采集、PWM波输出模块做实物测试,对望远镜转台进行PID控制和自抗扰控制的测试实验,通过测试比较不同算法的控制效果,验证改进后的自抗扰控制器的实用性和可行性,完成转台伺服控制系统设计。
【关键词】：伺服控制 DSP+FPGA 绝对式编码器 自抗扰
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TH743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 发展研究现状11-17
• 1.2.1 国内外转台研究现状11-13
• 1.2.2 望远镜系统研究现状13-15
• 1.2.3 伺服控制器发展趋势15-16
• 1.2.4 转台伺服系统发展趋势16-17
• 1.3 伺服转台控制策略17-18
• 1.4 论文主要研究内容和结构安排18-21
• 第2章 伺服控制系统整体方案设计21-33
• 2.1 引言21-22
• 2.2 伺服系统方案22-26
• 2.2.1 转台系统技术要求22-23
• 2.2.2 转台结构方案23-24
• 2.2.3 转台驱动系统24-26
• 2.3 直流电机控制原理26-27
• 2.4 驱动器27-30
• 2.5 编码器30
• 2.6 控制器30-31
• 2.7 小结31-33
• 第3章 伺服控制器设计33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 电源时钟和JTAG电路33-37
• 3.2.1 电源电路33-35
• 3.2.2 时钟电路35-36
• 3.2.3 JTAG电路36-37
• 3.3 DSP硬件电路37-40
• 3.3.1 复位电路37-38
• 3.3.2 显示电路38-39
• 3.3.3 通信接口39-40
• 3.4 FPGA硬件电路40-43
• 3.4.1 编码器接收电路40-42
• 3.4.2 I/O接口电路42-43
• 3.5 FPGA程序设计43-47
• 3.5.1 PWM波形输出43-45
• 3.5.2 编码器数据采集45-47
• 3.6 硬件电路实物图47-48
• 3.7 小结48-49
• 第4章 控制策略选择49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 PID控制49-51
• 4.3 自抗扰控制原理51-54
• 4.3.1 过渡过程52-53
• 4.3.2 扩张状态观测器53-54
• 4.3.3 非线性比例微分器54
• 4.4 自抗扰控制器优化54-56
• 4.5 自抗扰控制器参数选取56-63
• 4.5.1 扩张状态观测器参数整定57
• 4.5.2 控制律参数整定57-58
• 4.5.3 控制量确定58-59
• 4.5.4 自抗扰控制器建模仿真59-63
• 4.6 速度测量63-68
• 4.6.1 非线性跟踪微分器原理63-64
• 4.6.2 NTD建模仿真64-68
• 4.7 小结68-69
• 第5章 系统测试及实验69-77
• 5.1 引言69-70
• 5.2 编码器数据采集测试70-72
• 5.3 PWM波输出测试72
• 5.4 速度测量实验72-74
• 5.5 等速控制实验74-76
• 5.6 小结76-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 在学期间学术成果情况83-85
• 指导教师及作者简介85-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：1025906