两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统的设计与实现

发布时间：2017-10-28 08:33

  本文关键词：两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统的设计与实现

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【摘要】：稳定跟踪平台是一种搭载于运动载体上的伺服平台,使用陀螺仪感应载体的速度扰动,不断调整平台框架姿态,保证搭载的探测设备在惯性空间上保持稳定,具有目标搜索、跟踪等多种功能,在现代国防与民用领域有着越来越广泛的运用前景。本文结合实际需求,以工程项目为背景,为某两轴四框架稳定跟踪平台设计伺服控制系统,针对各种工作状态下的控制回路分析、稳定控制回路设计和伺服控制系统的软硬件实现展开研究,主要研究的内容如下:根据功能需求,完成了两轴四框架稳定跟踪平台控制系统总体方案设计,包括伺服控制系统组成和控制器、执行机构、传感器等主要元器件的选型,建立了被控对象的数学模型,分析了伺服控制系统工作状态及相应的控制回路结构,分析了两轴四框架平台的稳定机理,从运动学和控制的角度分析了两轴四框架平台的优点。根据实际项目的要求设计了伺服控制系统硬件电路,按照各自功能不同设计了基于DSP的控制、驱动、电源三类电路板的原理图及PCB图,完成了PCB电路板的制作和功能调试,编写了伺服控制系统软件程序,设计了位置预偏回路各控制闭环的校正环节,并在两轴四框架平台实物上进行了相关实验,满足了性能指标。在速度稳定回路控制策略方面,针对被控对象数学模型特点,在传统两轴四框架平台速度稳定回路基础上将内框架陀螺信号引入外框架,改善了动态性能。使用PI控制方法设计了速度稳定回路各控制闭环的校正环节,经过仿真实验在理想条件下可达到性能要求;针对稳定跟踪平台在实际运行中存在电机力矩、载体速度的未知扰动,使用经典控制方法抑制扰动存在局限的问题,采用扩张状态观测器和PI控制方法相结合的控制策略,通过扩张状态观测器实时观测并补偿系统受到的总扰动,使用PI控制方法对扰动补偿后的被控对象进行控制,仿真实验结果表明改进后的控制策略在抑制力矩扰动和载体速度扰动方面与经典PI控制方法相比有很大的提升。
【关键词】：伺服系统 两轴四框架平台 稳定控制 扩张状态观测器 DSP
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究发展概况10-12
• 1.2.1 国外研究发展概况10-11
• 1.2.2 国内研究发展概况11-12
• 1.3 稳定跟踪平台技术研究现状12-15
• 1.3.1 稳定跟踪平台主要机械结构形式12-13
• 1.3.2 稳定跟踪平台的控制方法13-15
• 1.4 本文研究内容和结构安排15-16
• 第2章 两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统总体设计16-32
• 2.1 伺服控制系统组成16-17
• 2.2 伺服控制系统主要元件选型17-19
• 2.3 被控对象数学模型研究19-21
• 2.4 伺服控制系统工作状态分析21-25
• 2.4.1 预偏状态22-23
• 2.4.2 稳定状态23-24
• 2.4.3 跟踪状态24-25
• 2.5 两轴四框架稳定跟踪平台稳定机理分析25-30
• 2.5.1 运动学角度分析25-28
• 2.5.2 控制角度分析28-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 伺服控制系统硬件电路设计32-49
• 3.1 硬件电路总体设计32-33
• 3.2 控制板电路设计33-43
• 3.3 驱动板电路设计43-46
• 3.4 电源板电路设计46-47
• 3.5 抗干扰措施47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 伺服控制系统软件程序设计49-55
• 4.1 程序结构49-50
• 4.2 旋变角度信号采集50-51
• 4.3 串行通信51-52
• 4.4 模数转换52-53
• 4.5 核心中断服务程序53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 伺服控制系统位置预偏回路设计与调试55-62
• 5.1 位置预偏回路校正环节设计55-60
• 5.2 位置预偏回路实物平台调试60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 伺服控制系统速度稳定回路控制策略研究62-80
• 6.1 传统的两轴四框架稳定跟踪平台稳定回路设计62-69
• 6.1.1 内框架稳定子回路62-65
• 6.1.2 外框架随动子回路65-66
• 6.1.3 速度稳定回路整体性能66-69
• 6.2 改进的两轴四框架稳定跟踪平台稳定回路设计69-72
• 6.3 结合PI控制方法和扩张状态观测器的稳定回路控制策略设计72-79
• 6.4 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85

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1 ;能够提高动作精度的伺服控制装置[J];国外自动化;1981年04期

2 董选明,裘丽华,邵华平;伺服控制系统的过流报警保护电路设计[J];电子技术应用;1999年08期

3 于向东;光电纠偏伺服控制系统的分析与设计[J];检验检疫科学;2000年01期

4 翁建元,李树广;数字PID调节器在伺服控制系统中的应用[J];华东电力;2003年11期

5 许，

本文编号：1107484