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卫星绕飞仿真平台控制系统设计

作　者: 曹井连
导　师: 张广莹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 控制系统轨迹规划干扰观测器前馈补偿 B样条
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本课题来源于实际项目，该项目主要目标是为空间分布式任务的导航与控制系统提供运动学仿真实验台，配合上级计算机系统实现空间分布式系统仿真。本文主要从仿真平台方案设计、伺服控制系统的软硬件实现、卫星模拟器在三维空间的运动轨迹规划等几个方面展开研究。首先，仿真平台方案设计。主要研究仿真平台整体系统设计、平动控制硬件部件选型以及DSP硬件系统实现。其次，仿真平台平动伺服控制系统设计。首先建立了伺服系统执行机构直线电机的数学模型，而后进行了平动控制系统设计。分析了在低速情况下的非线性摩擦，并通过MATLAB建立了摩擦仿真模型。为了满足伺服控制系统高精度指标要求，并抑制伺服系统低速非线性摩擦对控制系统的影响，采用了前馈补偿和干扰观测器两种方法进行了控制系统设计，并进行了MATLAB仿真研究。最后，卫星模拟器的轨迹规划。首先对仿真平台要进行的仿真模拟任务进行了分析说明，讨论了三维平动空间点到点的轨迹规划方法，并进行了仿真研究。而后讨论了B样条路径跟踪轨迹规划的原理，并最后完成基于对合成运动速度控制的轨迹规划设计和满足时间、能量等指标要求的最优轨迹规划设计，并进行了MATLAB仿真研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 卫星地面仿真设备的研究现状  8-10
    1.2.2 多轴系统轨迹规划方法的研究现状  10-11
  1.3 论文的主要研究内容  11-12
第2章仿真平台方案设计  12-21
  2.1 仿真平台整体系统的设计  12-13
    2.1.1 仿真平台系统的功能和技术指标  12-13
    2.1.2 仿真平台系统结构  13
  2.2 仿真平台平动控制硬件部件选型  13-17
    2.2.1 执行机构选型  13-15
    2.2.2 测量部件选型  15-16
    2.2.3 伺服驱动器选型  16
    2.2.4 控制计算机选型  16-17
  2.3 DSP 硬件系统实现  17-20
    2.3.1 DSP 模块的总体结构  17
    2.3.2 DSP 系统硬件电路设计  17-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章仿真平台平动伺服控制系统设计  21-41
  3.1 直线电机数学模型建立  21-26
    3.1.1 矢量变换控制  21-23
    3.1.2 直线电机数学模型建立  23-26
  3.2 仿真平台平动控制系统设计  26-33
    3.2.1 速度环设计  27
    3.2.2 位置环设计  27-29
    3.2.3 伺服系统低速非线性摩擦分析  29-30
    3.2.4 仿真分析  30-33
  3.3 针对高精度要求及系统干扰的改进措施  33-40
    3.3.1 干扰观测器设计  33-37
    3.3.2 前馈补偿设计  37-38
    3.3.3 仿真分析  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章卫星模拟器的运动轨迹规划  41-61
  4.1 点到点运动轨迹规划  41-45
    4.1.1 单轴系统的点位运动轨迹规划  41-44
    4.1.2 三维平动空间中的点到点运动轨迹规划  44-45
  4.2 基于 B 样条的路径跟踪轨迹规划原理  45-48
    4.2.1 B 样条曲线的定义  45-46
    4.2.2 利用三次均匀 B 样条对离散路径插值逼近  46-48
  4.3 基于 B 样条的三维平动空间运动轨迹规划  48-60
    4.3.1 采用梯形加减速对合成运动速度进行规划  48-52
    4.3.2 最优轨迹规划的数学模型  52-53
    4.3.3 最优轨迹规划的动态规划法  53-58
    4.3.4 最优轨迹规划仿真分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-68
致谢  68

卫星绕飞仿真平台控制系统设计

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