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陀螺稳定吊舱控制系统设计与研究

作　者: 蔡美华
导　师: 曾庆双
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 陀螺稳定吊舱陀螺滤波摩擦力矩自抗扰控制 DSP
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 157次
引　用: 5次
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内容摘要

进入21世纪以来,随着信息战的发展,对武器设备的超视距目标捕获、瞄准、跟踪能力提出了更高的要求,各种先进的光电平台应运而生。由于能隔离运动载体扰动,不断测量和调整平台姿态的变化,来精确保持动态姿态基准,并通过图像探测设备实现对机动目标自动跟踪,稳定跟踪平台在现代武器系统中得到了广泛的应用。本文针对陀螺稳定吊舱控制系统展开研究工作。本文首先概述了国内外陀螺稳定平台的发展现状和稳定跟踪技术的研究情况,通过对现有平台机构和控制策略的分析,总结出陀螺稳定平台研究领域的几大难点,为本文的研究提供了依据;然后对陀螺稳定吊舱系统进行总体设计,分析系统工作原理,提出系统设计指标和设计方案,进行元器件选型,建立控制系统模型,为后续的研究工作做了充分准备。在陀螺稳定吊舱算法研究中,本文首先通过对微机械陀螺信号进行处理,提出了一种滑动平均—卡尔曼滤波方法。与小波滤波、卡尔曼滤波比较,该方法滤波效果明显优于卡尔曼滤波,与小波滤波效果相当,但工程实现比小波滤波简单。同时论文对光纤陀螺信号进行了分析,为实际工程的方案确定提供参考依据。然后论文根据所建立的实际控制系统模型,利用MATLAB工具进行控制算法仿真:在理想摩擦模型下,对控制系统各个环路进行了PID校正;针对摩擦力矩的不确定性和外界干扰的可变性,将自抗扰控制用于陀螺稳定吊舱控制系统,进行了基于系统摩擦模型的自抗扰控制设计并进行了仿真。仿真表明自抗扰控制系统是对PID算法的继承和改善,具有较好的抗干扰能力,鲁棒性好,算法简单,工程易实现。通过对控制器算法进行研究,将仿真得到的控制参数改良和调整来为DSP进行电机控制提供基础。论文详细阐述了基于DSP—TMS320F28335核心处理器的控制系统软硬件设计,利用高速浮点的DSP自身集成的强大功能模块,实现了一个相对完整的数字控制系统。最后,对系统进行调试和实验,将算法应用于吊舱系统。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外陀螺稳定平台的发展概况  11-13
  1.3 陀螺稳定跟踪技术的研究现状  13-16
    1.3.1 陀螺稳定平台结构分析研究现状  14
    1.3.2 陀螺稳定平台控制算法研究现状  14-15
    1.3.3 陀螺信号处理研究现状  15-16
  1.4 论文研究内容和结构安排  16-18
第2章陀螺稳定吊舱系统总体设计  18-31
  2.1 陀螺稳定吊舱系统设计  18-22
    2.1.1 系统技术指标  18
    2.1.2 总体设计方案  18-20
    2.1.3 设计思想分析  20-22
  2.2 伺服控制系统元器件选型  22-26
    2.2.1 主控芯片的选择  22-23
    2.2.2 电机的选型  23-24
    2.2.3 速率陀螺的选型  24-26
    2.2.4 测角元件选型  26
  2.3 系统控制结构  26-30
    2.3.1 伺服系统单轴控制结构  26-28
    2.3.2 控制回路的数学模型  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章陀螺信号处理与系统控制策略研究  31-63
  3.1 微机械陀螺信号处理方法研究  31-41
    3.1.1 微机械陀螺工作性能  31-32
    3.1.2 陀螺随机误差研究  32-36
    3.1.3 陀螺的去噪方法研究  36-41
  3.2 光纤陀螺信号处理方法研究  41-43
    3.2.1 光纤陀螺工作性能  41-42
    3.2.2 陀螺数据测试及分析  42-43
  3.3 控制系统校正与仿真  43-53
    3.3.1 电流环校正  43-44
    3.3.2 速度环校正  44-48
    3.3.3 稳定环校正  48-51
    3.3.4 位置环校正  51-53
  3.4 自抗扰控制器设计  53-62
    3.4.1 自抗扰控制器原理  53-56
    3.4.2 自抗扰控制系统设计过程  56
    3.4.3 自抗扰控制系统仿真  56-62
  3.5 本章小结  62-63
第4章基于DSP的软硬件设计  63-77
  4.1 伺服系统的硬件设计  63-70
    4.1.1 电源电路设计  63-64
    4.1.2 DSP最小系统  64-65
    4.1.3 测角电路  65-67
    4.1.4 信号调理电路  67-68
    4.1.5 功率模块驱动电路  68-69
    4.1.6 串口通信电路  69-70
    4.1.7 抗干扰措施  70
  4.2 伺服系统的软件设计  70-76
    4.2.1 DSP的初始化  71
    4.2.2 测角信号采集程序设计  71-72
    4.2.3 脉宽调制信号软件设计  72-73
    4.2.4 串口通信程序设计  73-74
    4.2.5 模/数功能调试  74-75
    4.2.6 系统算法实现  75-76
  4.3 本章小结  76-77
第5章陀螺稳定吊舱调试及试验结果  77-85
  5.1 伺服系统调试环境  77-78
  5.2 系统试验内容及结果  78-84
  5.3 本章小结  84-85
结论  85-86
参考文献  86-90
攻读学位期间发表的学术论文  90-92
致谢  92

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