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基于神经网络的车载平台自动调平控制系统的研究
作 者: 王冰
导 师: 孙正鼐
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电气工程
关键词: 调平系统 多变量 耦合 PID PID神经网络 PSO
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
车载平台自动调平控制系统目前广泛的应用于工程及军事领域当中,随着车载设备对平台水平精度、调平速度要求的不断提高,对车载平台调平系统的研究也一直在进行当中;影响调平性能的因素主要有两个:其一,平台支撑腿的跟踪性能;其二,平台结构及调平方法。本文从这两个方面出发对平台调平系统进行研究,旨在提高调平速度及调平精度。首先,介绍分析了目前调平系统的发展状况,并对各种平台结构进行了对比,确定了平台的支撑结构以及驱动方式。对平台的姿态位置进行了研究,得到了调平系统具有耦合特性的结论。并对几种不同的调平方法进行了分析比较,最终确定本系统采用最高点不动追逐式调平法。其次,本文建立了系统的静力学模型,得到了水平倾角与支撑腿受力的关系;对平台支撑系统进行了设计,包括对永磁同步电机伺服系统和传动系统的设计,并在此基础上建立了调平系统的模型;采用经典PID控制方法对调平系统进行控制,由仿真结果可以看出系统存在耦合且调平速度慢。针对系统的多变量、耦合特性,提出了采用PID神经网络对调平系统进行控制的方案,仿真结果表明PID神经网络控制较经典PID控制有较强的解耦能力,且调平速度大幅度提升。最后,为了进一步的提升调平系统的综合性能,采用改进PSO算法对PID神经网络权值进行优化,仿真结果表明经优化后的PID神经网络具有较好的控制效果,调平系统的调平精度及调平速度均有较明显的提升,确定了此方法的有效性。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第1章 绪论 8-13 1.1 课题背景及研究的目的与意义 8-9 1.2 国内外研究发展状况及分析 9-11 1.3 未来发展趋势 11 1.4 研究主要内容及安排 11-13 第2章 平台姿态分析及调平方案的研究 13-26 2.1 车载平台结构设计与分析 13-14 2.2 非水平状态车载平台姿态研究 14-19 2.2.1 坐标系间坐标变换理论 14-16 2.2.2 平台姿态位置及调平可行性研究 16-19 2.3 平台调平方法研究 19-25 2.3.1 调平方法对比研究 19-23 2.3.2 调平方法的确定与改进 23-25 2.4 本章小结 25-26 第3章 车载平台自动调平控制系统的设计与建模 26-46 3.1 车载平台调平系统的静力学模型分析 26-28 3.1.1 水平状态下各支撑腿受力分析 26-27 3.1.2 非水平状态下各支撑腿受力情况分析 27-28 3.2 调平系统的分析与简化 28-29 3.3 平台支撑系统设计与建模 29-42 3.3.1 永磁同步电机模型的建立 29-31 3.3.2 永磁同步电机调速系统设计 31-40 3.3.3 传动系统模型的建立 40-42 3.4 基于SimMechanics的平台模型 42-44 3.5 本章小结 44-46 第4章 经典PID控制调平系统设计与仿真 46-57 4.1 PID控制器的设计 46-48 4.1.1 经典PID控制原理 46-47 4.1.2 PID控制在调平系统中的应用 47-48 4.2 平台支撑系统仿真 48-52 4.2.1 支撑系统各部分参数的确定 49-50 4.2.2 永磁同步电机调速系统仿真 50-51 4.2.3 平台支撑系统仿真 51-52 4.3 调平系统整体仿真 52-56 4.4 本章小结 56-57 第5章 PID神经网络控制调平系统的研究 57-74 5.1 PID神经网络控制系统基本结构与算法 57-62 5.1.1 PIDNN控制系统基本结构 57-58 5.1.2 SPIDNN控制器前向算法 58-60 5.1.3 SPIDNN控制器反传学习算法 60-62 5.2 基于SPIDNN控制的支撑系统仿真 62-64 5.2.1 SPIDNN控制器初值的选取 62-63 5.2.2 SPIDNN支撑系统仿真分析 63-64 5.3 多变量PID神经网络控制器的研究 64-67 5.3.1 MPIDNN控制系统基本结构 64 5.3.2 MPIDNN控制器前向算法 64-66 5.3.3 MPIDNN控制器反传算法 66-67 5.4 基于MPIDNN控制的调平系统仿真 67-70 5.4.1 初始权值的选取及系统稳定性分析 67-68 5.4.2 MPIDNN调平系统仿真分析 68-70 5.5 PID神经网络控制器的优化 70-73 5.5.1 粒子群优化基本算法 70-71 5.5.2 基于改进PSO的MPIDNN算法的研究 71 5.5.3 系统仿真分析 71-73 5.6 本章小结 73-74 结论 74-75 参考文献 75-80 致谢 80
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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