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专用目标模拟器同步控制算法研究

作　者: 刘华
导　师: 黄显林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 伺服系统 电机同步 差速反馈 离散滑模
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本课题来源于与航天科工集团的合作项目,主要研究内容是专用目标模拟器的同步控制算法。导弹导引头性能评估是通过半物理仿真试验完成的。目标模拟器作为试验的核心部分,要求驱动元件准确地跟踪输入参考信号,带动装有射频发射器的负载在有效幅面中做几种形式的运动,从而完成对反辐射导弹攻击目标时所跟踪目标的动态模拟。其基本要求是精度高、动态特性好。目标模拟器的控制系统设计是一个典型的伺服系统设计问题。本文根据目标模拟器的技术指标,确定了系统在X方向和Y方向上的驱动方式。由于目标模拟器两个方向上的控制系统解耦,因此可分别单独设计两个方向的控制算法。根据X方向的设计需求,采用双电机同步驱动。电机同步误差对系统在X方向上的性能有很大的影响。因此,首先根据系统的结构建立双电机同步的模型,并按现有的电气同步理论设计同步控制器来降低同步误差。主要设计了电机并行同步控制器和差速反馈同步控制器,其中重点说明了差速反馈同步控制的动态特性和稳态特性。同时比较了并行和差速反馈这两种同步控制方式的优劣。在采用差速反馈电气同步控制的基础上分析了机械同步即同步轴的作用。这种电气同步和机械同步结合的方法能较好的抑制了电机的同步误差。摩擦存在于几乎所有的机械系统当中,会造成伺服系统低速爬行的现象,仿真证明差速反馈电气同步控制器不能很好的解决这个问题。本文根据摩擦的相关理论建立摩擦模型,并结合离散滑模变结构控制理论设计了离散滑模电机同步控制器。在设计过程中,选择合适的滑模面和适当的趋近律形式和参数,仿真证明这种方法有效的抑制了系统的低速爬行现象。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景与实际意义  9-10
  1.2 目标模拟器介绍  10-12
    1.2.1 应用概述  10
    1.2.2 国内外综述  10-12
  1.3 目标模拟器设计中的主要问题与解决方案  12-14
    1.3.1 电机同步对系统的影响  12-13
    1.3.2 低速平稳性对系统的影响  13-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-16
第2章 目标模拟器系统模型的建立  16-26
  2.1 系统的总体框架和功能原理  16-19
    2.1.1 系统的总体物理框架  16
    2.1.2 系统的工作原理  16-18
    2.1.3 目标模拟器系统中的传动方式  18-19
  2.2 目标模拟器X方向系统数学模型的建立  19-25
    2.2.1 永磁同步伺服电动机的控制原理及数学模型  19-22
    2.2.2 减速器的数学模型  22
    2.2.3 齿形带的数学模型  22-23
    2.2.4 编码器的数学模型  23
    2.2.5 位移传感器的数学模型  23
    2.2.6 同步轴的的数学模型  23
    2.2.7 X方向数学模型的确立  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章 电机同步线性控制器设计  26-55
  3.1 多级电机驱动电气同步控制方法  26-29
    3.1.1 基于同一给定电压的并联运行方法  26-27
    3.1.2 基于同一给定电压的串联运行方法  27
    3.1.3 基于补偿原理的同步控制方法  27-28
    3.1.4 基于现代控制理论的同步控制方法  28-29
  3.2 基于同一给定电压的并联运行方法  29-39
    3.2.1 电机1 的离散控制器设计及仿真  30-36
    3.2.2 电机2 的离散控制器设计及仿真  36-37
    3.2.3 双电机并联运行仿真  37-39
  3.3 基于补偿的电机同步算法  39-51
    3.3.1 差速负反馈控制的原理  39-40
    3.3.2 基于差速反馈的同步控制器设计  40-51
  3.4 含有机械同步的差速反馈系统  51-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章 离散滑模变结构控制器设计  55-75
  4.1 摩擦力矩模型的建立  55-59
    4.1.1 影响摩擦的因素  55-56
    4.1.2 摩擦力矩建模  56-59
  4.2 摩擦力矩对同步控制系统的影响  59-61
  4.3 离散滑模变结构控制基本原理  61-65
    4.3.1 切换面和切换带  62-63
    4.3.2 多输入变结构控制的到达条件  63
    4.3.3 多输入变结构的准滑动模态  63-64
    4.3.4 准滑动模态的稳定性  64-65
    4.3.5 离散趋近律抖动分析  65
  4.4 离散滑模变结构控制器设计  65-74
  4.5 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-80
致谢  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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