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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。
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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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