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平台罗经系统控制原理及微机故障诊断技术研究

作 者: 董海鹏
导 师: 高延滨
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 导航、制导与控制
关键词: 平台罗经 故障检测 稳定回路 FPGA 虚拟仪器
分类号: U672
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 46次
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内容摘要


平台罗经属自主式导航设备,能够隔离外界干扰,是舰船导航的重要手段。微机系统是平台罗经的控制中心,本文在分析了平台罗经工作原理和微机系统组成的基础上,分别提出了基于FPGA和基于LabVIEW虚拟仪器的平台罗经微机故障检测系统两种设计方法。具体内容如下:1、分析了地球自转对自由陀螺的影响,对陀螺主轴运动轨迹作了Matlab仿真,并分析了采用下摆式方法,变自由陀螺为陀螺罗经,通过Matlab仿真验证其可行性;同时在陀螺罗经无阻尼振荡方程基础上,分析了采用垂直阻尼方案使陀螺主轴迅速收敛的数学模型,并通过Matlab仿真验证其可行性。2、针对某型力矩电机参数,建立了力矩电机数学模型。在力矩电机数学模型基础上,建立了稳定回路数学模型,分析了未校正稳定回路稳定性。在未校正网络中加入超前校正和滞后校正,并建立了校正后网络数学模型,应用Matlab仿真校正前与校正后的开环传递函数Bode图和单位阶跃响应,分析其稳定性。3、介绍了某型平台罗经微机系统组成、功能及各部分功能模块的实现方法。分析了开发平台罗经微机故障检测系统的必要性和可行性,针对基于PC-104总线标准的微机系统各部分功能和组成,建立了基于FPGA的某型平台罗经微机故障检测系统,FPGA的软件开发应用VHDL硬件描述语言,开发的FPGA片内功能模块包括:针对D/A转换板测试,设计了A/D采样控制;针对I/O板串行通信模块测试,设计了UART控制器;针对I/O板并行通信模块测试,设计了FIFO存储器;针对A/D转换板测试,设计了光电编码器脉冲计数器;针对PC机分配给各外设的地址,设计了地址分配器。最后应用Visual C++语言开发了平台罗经微机测试系统软件。4、虚拟仪器具有许多传统仪器无法比拟的优势,是今后测试仪器地发展趋势。本论文具体论述了建立了基于LabVIEW虚拟仪器的平台罗经微机故障检测系统的过程。首先建立了基于PCI数据采集卡的硬件系统组成,最后应用LabVIEW图形编程语言设计系统软件,并设计了用户操作界面。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-16
  1.1 课题背景及意义  11
  1.2 平台罗经发展历史及现状  11-13
  1.3 检测技术概述及发展现状  13-15
    1.3.1 检测技术概述  13
    1.3.2 检测技术发展历史  13-14
    1.3.3 检测技术现状  14-15
  1.4 课题主要研究内容  15-16
第2章 罗经运动分析及仿真  16-27
  2.1 陀螺罗经运动分析  16-22
    2.1.1 陀螺罗经无阻尼振荡运动方程  16-19
    2.1.2 陀螺罗经的垂直阻尼  19-22
  2.2 平台罗经运动微分方程  22-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章 平台罗经稳定回路建模及仿真  27-41
  3.1 稳定平台PID 控制  27-40
    3.1.1 力矩电机数学模型  27-31
    3.1.2 未校正稳定回路分析及仿真  31-33
    3.1.3 稳定回路串联校正分析及仿真  33-40
  3.2 本章小结  40-41
第4章 基于FPGA 的微机故障诊断系统设计  41-73
  4.1 平台罗经微机系统组成  41-45
    4.1.1 主机板(CPU 板)结构组成  41-42
    4.1.2 计算机接口  42
    4.1.3 微机系统显示控制  42
    4.1.4 A/D 转换电路构成  42-43
    4.1.5 D/A 转换电路构成  43-44
    4.1.6 软件系统设计  44-45
  4.2 故障诊断系统概述  45-47
  4.3 FPGA 与AD574 的接口电路及程序设计  47-51
    4.3.1 FPGA 与AD574 接口的硬件电路  47-48
    4.3.2 FPGA 与AD574 接口的状态机描述  48-51
  4.4 FPGA 实现UART 控制器的实现方法  51-61
    4.4.1 UART 控制器的硬件电路  51
    4.4.2 UART 结构组成及实现方法  51-53
    4.4.3 UART 接收器设计  53-56
    4.4.4 UART 发送器设计  56-58
    4.4.5 UART 波特率发生器的实现  58-59
    4.4.6 UART 顶层模块的实现  59-61
  4.5 FIFO 的VHDL 实现方法  61-62
  4.6 光电编码器脉冲计数器的实现方法  62-64
  4.8 微机故障诊断系统软件设计  64-72
    4.8.1 主程序流程  65-69
    4.8.2 RS-232 串口流程  69-70
    4.8.3 中断程序流程  70-71
    4.8.4 测试系统操作界面设计  71-72
  4.9 本章小结  72-73
第5章 基于LabVIEW 虚拟仪器的微机故障诊断系统实现  73-80
  5.1 虚拟仪器概述  73-74
  5.2 虚拟仪器结构  74-75
  5.3 基于LabVIEW 测试系统硬件结构  75-76
  5.4 测试系统的LabVIEW 软件实现  76-79
    5.4.1 PC 机与PCI1780 采集卡通信的LabVIEW 实现  76-77
    5.4.2 RS-232 串行通信的LabVIEW 实现  77-78
    5.4.3 文本输出模块的LabVIEW 实现  78
    5.4.4 用户操作界面  78-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  86-87
致谢  87-88
个人简历  88

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶保养、修理和拆船工艺
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