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飞艇光电探测器稳定平台控制系统研究

作　者: 刘伟
导　师: 范大鹏
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 光电探测器稳定平台谐波减速器交流电机非线性快速设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

飞艇用光电探测器稳定平台是搭载于飞艇上的用于实现对目标捕获、跟踪、瞄准和稳定的一类特殊的系统。由于新型军事斗争的发展,飞艇以其特有的优势得到越来越广泛的应用,尤其是搭载了光电探测器稳定平台的侦察类飞艇,相对于侦察机、无人机、卫星等武器装备,具有造价便宜、滞空时间长、搭载载荷多等优点,受到各个军事强国的青睐。本文以开放式两轴稳定平台为背景,以其功能需求和技术指标为依据,进行了系统的方案设计,在对系统关键器件建模的基础上,建立了系统伺服控制系统的理论模型,并以此为基础进行了系统的控制器快速设计研究,针对谐波减速器交流电机的非线性特性,进行了速度内环的变增益控制器研究,实现了对整个系统的有效控制。论文的研究工作包含以下几个部分:1.以稳定平台的功能需求和技术指标为依据,设计了系统的组成,确定了系统各部分的功能,分析了平台机械系统方案和控制系统方案,对影响系统精度较大的关键器件进行了选型。2.针对系统关键器件进行了理论分析和建模研究,进而建立了系统伺服控制模型,分析了系统的控制回路机理,对影响系统稳定的因素进行了分析。3.研究了一般光电探测器稳定平台的控制器设计方法,在分析陀螺随机漂移对平台的精度影响的基础上,对陀螺随机漂移进行了建模和处理方法研究,在此基础上运用基于dSPACE的半实物仿真系统进行了控制器的快速设计研究,通过实验验证了研究方法的有效性。4.建立了谐波减速器交流电机的非线性动力学方程,分析了由于谐波减速器交流电机非线性对系统控制精度的影响,并通过实验验证了它的非线性特性。针对电机非线性对系统精度的影响,研究了变增益控制器对谐波减速器交流电机的速度控制,由实验得到该控制方法的有效性,进而运用变增益控制器作为平台控制系统速度内环进行了平台的速度控制研究,证实了变增益控制器在抑制系统非线性方面的良好效果。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 选题背景及意义  12
  1.2 光电探测器稳定平台的发展概况  12-15
    1.2.1 国内外光电探测器稳定平台的发展概况  13-15
    1.2.2 发展趋势  15
  1.3 光电稳定跟踪技术的研究现状  15-18
    1.3.1 稳定机理研究现状  16
    1.3.2 稳定控制技术研究现状  16-17
    1.3.3 陀螺及其信号处理研究现状  17-18
  1.4 论文研究的主要内容  18-20
第二章飞艇光电探测器稳定平台总体方案设计  20-36
  2.1 系统总体方案  20-22
    2.1.1 功能需求  20
    2.1.2 技术指标  20-21
    2.1.3 系统组成  21-22
  2.2 机械系统方案  22-24
    2.2.1 动力传动及驱动方式方案  22-23
    2.2.2 电机与减速传动方案  23-24
  2.3 控制系统方案  24-30
    2.3.1 系统硬件设计方案  24-27
    2.3.2 系统软件设计方案  27-30
  2.4 关键器件选型  30-35
    2.4.1 电机选型及校核  30-33
    2.4.2 光电编码器选型  33-34
    2.4.3 陀螺选型  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章稳定平台伺服控制系统模型与分析  36-45
  3.1 平台伺服系统部件模型  36-41
    3.1.1 交流伺服电机的模型  36-37
    3.1.2 机械谐振特性模型分析  37-39
    3.1.3 动力调谐陀螺仪的模型  39-41
  3.2 伺服控制系统建模分析  41-44
    3.2.1 机电混合控制模型  41-42
    3.2.2 速度环控制模型  42-43
    3.2.3 位置环控制模型  43
    3.2.4 影响稳定精度的因素  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章控制回路快速实现研究  45-59
  4.1 控制器设计方法  45-47
    4.1.1 速率稳定回路的控制器设计方法  45-46
    4.1.2 位置跟踪回路的控制器设计方法  46-47
  4.2 陀螺随机漂移的处理方法研究  47-51
    4.2.1 陀螺随机漂移对稳定平台的精度影响  47-48
    4.2.2 陀螺随机漂移建模和处理方法  48-51
  4.3 伺服回路控制器仿真  51-54
    4.3.1 速率稳定环控制器设计  51-53
    4.3.2 位置跟踪环控制器设计  53-54
  4.4 快速控制器设计结果分析  54-58
    4.4.1 速率稳定环半实物仿真  54-56
    4.4.2 位置跟踪环半实物仿真  56-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章基于变增益控制器的速度回路研究  59-72
  5.1 谐波交流电机数学模型的建立  59-66
    5.1.1 谐波减速器数学模型的建立  59-62
    5.1.2 谐波交流电机非线性动力学模型  62-64
    5.1.3 谐波交流电机的非线性测试实验  64-66
  5.2 速度内环变增益控制器研究  66-71
    5.2.1 谐波交流电机模型简化  67-68
    5.2.2 速度内环变增益控制器实验  68-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章系统联调与结论  72-76
  6.1 系统联调实验  72-75
    6.1.1 跟踪效果实验  72-74
    6.2.2 静态漂移实验  74-75
  6.2 本章小结  75-76
第七章总结与展望  76-78
  7.1 全文总结  76-77
  7.2 研究工作展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
作者在学期间取得的学术成果  82-83
附录A 电路原理图  83-92
附录B Simulink 仿真图  92-93

飞艇光电探测器稳定平台控制系统研究

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