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陀螺稳定吊舱控制系统稳定回路设计与研究

作　者: 姜坤
导　师: 曾庆双
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 陀螺稳定平台稳定回路频域响应法模型参考自适应控制
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 1次
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内容摘要

陀螺稳定吊舱近几年来发展十分迅速,被广泛用于军事领域和公安、消防及环境监控等民用领域。稳定回路是其控制系统的重要组成部分,用于隔离载体扰动,补偿摩擦力矩等非线性因素的影响,实现视轴稳定功能。本文针对陀螺稳定吊舱控制系统稳定回路展开设计与研究。本文首先概述了国内外陀螺稳定平台的发展现状,介绍了常用的视轴稳定控制结构及方法;然后根据本方案中陀螺稳定平台的结构配置,推导两轴稳定平台隔离载体扰动的原理,分析两轴四框架稳定平台的抗扰性能,并建立稳定回路的数学模型;分析了影响视轴稳定的各种因素,为设计控制算法提供了依据。在设计控制算法时,采用频域响应法设计稳定控制器,实现对吊舱系统外部载体扰动的隔离,并进行了仿真验证,仿真结果表明所设计的稳定控制器在抗扰性能方面能够达到稳定精度的要求。针对对系统影响较大的非线性因素——摩擦力矩,采用基于库仑模型的自适应控制方法实现对其补偿,仿真结果表明这种方法能够有效地抑制系统中摩擦力矩的影响,削弱视轴抖动角速度曲线中的尖峰,从而克服了平台框架运行时的低速抖动问题;同时这种方法也能够进一步提高系统的稳态精度。采用小波变换阈值滤波算法对陀螺输出信号进行去噪处理,仿真结果表明滤波后陀螺信号噪声标准差明显降低,陀螺噪声得到有效抑制。论文最后详细介绍了稳定回路硬件电路的器件选型情况,并针对所选器件设计外围电路,搭建稳定回路硬件电路,为控制算法的实现奠定了物理基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究意义  9
  1.2 国内外陀螺稳定平台的发展概况  9-11
  1.3 视轴稳定控制研究概述  11-13
    1.3.1 视轴稳定结构  11-12
    1.3.2 视轴稳定控制方法  12-13
  1.4 课题设计要求及研究内容  13-15
第2章平台隔离载体扰动原理及稳定回路数学模型  15-28
  2.1 陀螺稳定平台结构配置  15-17
  2.2 陀螺稳定平台隔离载体扰动原理  17-21
    2.2.1 两轴两框架平台隔离载体扰动原理  17-20
    2.2.2 两轴四框架平台抗扰性能分析  20-21
  2.3 稳定回路组成环节的数学模型  21-25
    2.3.1 电机负载特性传递函数  22-23
    2.3.2 功率放大环节的传递函数  23-24
    2.3.3 速率陀螺的传递函数  24
    2.3.4 稳定回路的数学模型  24-25
  2.4 视轴稳定影响因素分析  25-27
    2.4.1 机械结构误差  25
    2.4.2 摩擦干扰力矩  25-26
    2.4.3 机械谐振  26
    2.4.4 陀螺信号  26-27
    2.4.5 驱动系统误差  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章视轴稳定控制方法  28-49
  3.1 系统指标  28
  3.2 隔离载体扰动的方法  28-34
    3.2.1 平方滞后校正设计  28-31
    3.2.2 隔离扰动仿真  31-34
  3.3 补偿摩擦力矩的方法  34-43
    3.3.1 基于库仑模型的自适应摩擦补偿  35-39
    3.3.2 摩擦补偿仿真  39-43
  3.4 陀螺信号的滤波方法  43-48
    3.4.1 微机械陀螺噪声分析  43-44
    3.4.2 小波变换阈值滤波  44-47
    3.4.3 陀螺滤波仿真  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章稳定回路电路设计  49-61
  4.1 器件选型  49-55
    4.1.1 伺服控制器  51-52
    4.1.2 驱动电路  52-53
    4.1.3 速率陀螺  53-54
    4.1.4 测角电路  54-55
  4.2 外围电路  55-59
    4.2.1 MAX038 外围电路  55-57
    4.2.2 AD2S83 外围电路  57-59
  4.3 系统的实现  59-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
附录  65-69
致谢  69

陀螺稳定吊舱控制系统稳定回路设计与研究

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