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基于三轴自主稳定的舰载卫星通信系统控制系统设计与实现

作 者: 施惟惟
导 师: 郭健
学 校: 南京理工大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 舰载卫星通信 三轴 稳定跟踪 自适应鲁棒控制 DSP
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 62次
引 用: 1次
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内容摘要


我国拥有辽阔的海域,是航运大国。随着我国船舶制造业的发展,舰载卫星通信系统在国内市场的需求日益凸显。受技术实现和价格等的影响,国内“动中通”产品仍未得到广泛应用。针对这一现状和需求,本文以舰载卫星通信系统为研究对象,设计了三轴自主稳定的稳定跟踪控制系统。首先进行了系统总体方案和结构设计,针对Ku波段舰载卫星通信系统,设计了基于卫星信号处理、稳定与跟踪和天线三个部分的系统总体结构,以无刷直流力矩电机作为执行器,采用全球定位系统、姿态参考系统和信标机组合进行姿态测量。设计了以TMS320F2812为控制核心的硬件系统,采用模块化设计,分别完成了电源模块、控制核心模块、传感器模块和电机驱动模块的电路设计。在此基础上,对三轴稳定跟踪系统进行了空间姿态分析和解算,详细分析了系统的动态过程和原理。在姿态解算的基础上,建立了电机控制系统数学模型,为了有效克服参数不确定性、未建模动态和扰动等复杂非线性因素,设计了自适应鲁棒控制器,理论分析证明了该控制器能有效克服各种不确定因素,并通过调节控制器参数使系统达到所要求的跟踪精度通过仿真,验证了该控制器的有效性。利用模块化思想,进行了系统的软件设计。完成了包括传感器数据解码、系统初始化以及系统稳定跟踪三个模块的程序设计和调试。最后,进行了系统软硬件联合调试,并对调试结果进行了分析。实验结果表明本系统达到了预期的指标要求。

全文目录


摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 国外研究现状  9-10
    1.2.2 国内研究现状  10-12
    1.2.3 现有技术综述  12-13
  1.3 论文研究内容和章节安排  13-14
2 系统总体设计  14-25
  2.1 机械结构设计  14-15
  2.2 技术指标  15
  2.3 系统组成结构  15-16
  2.4 核心器件选型  16-24
    2.4.1 控制核心芯片  17-18
    2.4.2 传感器  18-23
    2.4.3 执行器  23-24
  2.5 本章小结  24-25
3 硬件系统设计  25-44
  3.1 硬件电路框架  25-26
  3.2 控制核心模块设计  26-32
    3.2.1 时钟接口  26-28
    3.2.2 串行通信接口(SCI)  28
    3.2.3 模数转换(ADC)接口  28-29
    3.2.4 事件管理器接口  29-30
    3.2.5 通用输入输出口(GPIO)  30
    3.2.6 电路设计  30-32
  3.3 电源模块  32-38
    3.3.1 ±12V电源部分  33-34
    3.3.2 +5V电源部分  34-37
    3.3.3 +3.3V和+1.8V电源部分  37-38
  3.4 传感器信号采集电路  38-40
    3.4.1 串口通信电路  38-39
    3.4.2 AD电平转换电路  39-40
  3.5 电机驱动模块  40-43
    3.5.1 电机驱动芯片选型  40-41
    3.5.2 电机驱动芯片L298N简介  41-42
    3.5.3 电路设计  42-43
  3.6 本章小结  43-44
4 控制算法  44-56
  4.1 系统姿态分析  44-47
    4.1.1 坐标轴定义  44
    4.1.2 系统姿态解算  44-46
    4.1.3 天线动态过程分析  46-47
  4.2 电机控制系统模型  47-48
  4.3 控制算法设计  48-53
    4.3.1 系统控制目标  48-49
    4.3.2 自适应鲁棒控制器设计  49-52
    4.3.3 稳定性分析  52-53
  4.4 仿真结果  53-55
  4.5 本章小结  55-56
5 软件设计  56-69
  5.1 软件系统结构  56
  5.2 数据解码模块  56-62
    5.2.1 GPS数据解算模块  56-59
    5.2.2 AHRS数据解算模块  59-62
  5.3 系统初始化模块  62-66
    5.3.1 DSP初始化模块  62-63
    5.3.2 天线初始对星模块  63-66
  5.4 稳定跟踪模块  66-68
  5.5 本章小结  68-69
6 系统调试与分析  69-74
  6.1 PWM模块  69
  6.2 AD模块  69-70
  6.3 GPS数据处理  70
  6.4 AHRS数据处理  70-72
  6.5 系统调试结果  72-73
    6.5.1 方位系统调试结果  72
    6.5.2 俯仰系统调试结果  72
    6.5.3 三轴调试结果  72-73
  6.6 本章小结  73-74
总结与展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
附录  79-80

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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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