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卫星光通信粗瞄控制系统的设计及故障诊断

作　者: 周佳琦
导　师: 王岩
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 卫星光通信 PAT 粗瞄控制系统 故障树
分类号: V443.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 102次
引　用: 1次
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内容摘要


卫星间激光通信是未来卫星通信技术的重要发展方向,它在较为复杂的空间环境中进行,信号光束窄,传输距离长,给链路的建立和保持造成极大的困难。因此,在卫星光通信系统中必须建立一套瞄准、捕获和跟踪(Pointing,Acquisition and Tracking——PAT)系统来防止由于链路失败而造成的信号损失。PAT技术是激光通信链路建立和保持的关键技术。本文以哈尔滨工业大学航天学院承担的“中继卫星间链路技术”课题为背景,研究设计了PAT系统中的粗瞄控制系统。首先对卫星光通信研究的背景和意义进行综述,分析比较了国内外卫星光通信技术的研究现状和进展。此外,详细阐述了PAT系统的重要性和工作原理,并给出其总体设计结构。其次对粗瞄控制系统的各个功能单元作了全面介绍,提出了系统的控制方案,包括带积分分离和输出限幅的PID控制算法选取,用频率响应法求解被控对象的数学模型以及按照典型Ⅰ型和Ⅱ型系统模型分别对速度环和位置环进行设计等。在此基础上,对粗瞄控制系统进行相关的仿真实验,同时给出了响应曲线。此外,单独详细介绍了控制器单元的软硬件设计,还用试凑法对整个系统进行参数整定,取得了较好的控制效果。最后用故障树分析法对粗瞄控制系统的故障诊断问题作了研究。以电机转动异常这一典型故障为顶事件建立了故障树,并运用数学方法对其进行定性和定量分析。应用表明,故障树分析法用于粗瞄控制系统的故障诊断是可行的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 国外卫星光通信的研究现状  10-12
  1.3 国内卫星光通信的研究现状  12
  1.4 卫星光通信中PAT 技术的研究现状  12-14
  1.5 本文的主要工作和内容安排  14-15
第2章 PAT 系统的工作原理和总体设计  15-22
  2.1 瞄准、捕获和跟踪的概念  15
  2.2 PAT 系统研究的重要性  15-16
  2.3 PAT 系统的工作原理  16-19
  2.4 PAT 系统的总体设计  19-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章 粗瞄控制系统的设计及仿真  22-39
  3.1 粗瞄控制系统的性能指标  22
  3.2 粗瞄控制系统的功能单元设计  22-25
    3.2.1 中位机单元  22-24
    3.2.2 测角单元  24
    3.2.3 驱动单元  24-25
  3.3 粗瞄控制系统的控制方案设计  25-35
    3.3.1 PID 控制算法  26-28
    3.3.2 被控对象数学模型  28-31
    3.3.3 速度环设计  31-33
    3.3.4 位置环设计  33-35
  3.4 粗瞄控制系统的仿真  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 控制器单元的软硬件设计及调试  39-54
  4.1 控制器单元的功能  39
  4.2 控制器单元的硬件设计  39-47
    4.2.1 单片机和存储器扩展电路  40-41
    4.2.2 时钟电路和复位电路  41-42
    4.2.3 通信接口电路  42-44
    4.2.4 D/A 转换电路  44-45
    4.2.5 其他电路  45-47
  4.3 控制器单元的软件设计  47-49
    4.3.1 主程序模块  47
    4.3.2 定时器中断程序模块  47-48
    4.3.3 外部中断程序模块  48-49
    4.3.4 运算子程序模块  49
  4.4 控制器单元的调试  49-53
    4.4.1 软硬件调试  50
    4.4.2 控制参数整定  50-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 粗瞄控制系统的故障诊断  54-65
  5.1 故障树分析法  54-56
    5.1.1 常用的故障树术语和符号  54-55
    5.1.2 故障树分析的步骤  55-56
  5.2 故障树的建造  56-58
  5.3 故障树的定性分析  58-61
    5.3.1 结构函数确定  58-59
    5.3.2 最小割集求解  59-61
  5.4 故障树的定量分析  61-64
    5.4.1 最不可靠割集求解  62
    5.4.2 顶事件发生概率计算  62-63
    5.4.3 底事件重要度计算  63-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 电子设备 > 空间通信
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