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转台电控系统研究

作　者: 乔大鹏
导　师: 曾鸣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 转台 摩擦模型 自适应控制 摩擦补偿 观测器 神经网络
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 234次
引　用: 2次
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内容摘要


仿真测试转台作为航空航天及舰船导航等领域中进行半实物仿真和测试的关键硬件设备,在制导武器等的研制过程中起着极其重要的作用。航空航天技术和舰船导航技术的迅猛发展,对导航制导设备性能及精度的要求不断提高,相应地要求提高转台的精度,但转台精度的提高却受到摩擦力矩等因素限制。对摩擦的分析和补偿研究具有重要的应用价值。本文以测试转台为背景,基于锁相伺服原理分析研究了转台伺服控制系统的电路实现结构,研究了利用FPGA技术对转台控制系统关键逻辑电路——指令脉冲发生器、精密移相器、鉴频鉴相器进行仿真和实现。并设计了基于计算机ISA总线的转台伺服控制系统控制板。针对转台测角系统,论述了定角计时原理,给出了系统的组成框图。定角部分详细分析了相敏解调原理,设计了一种开关型相敏解调电路,以及防抖动电路及整形电路。计时部分简要介绍了可编程逻辑器件,以及分频电路,详细的给出了计时控制电路的设计,计时输出冗余设计逻辑。针对非线性摩擦对系统的影响,根据Lyapunov稳定性设计了基于观测器的自适应控制器,在关于速度的摩擦补偿中,首次提出一种新的自适应控制器,从仿真结果来看,对摩擦的补偿效果很明显,并优于PID控制器。针对转台的位置周期扰动,提出对关于速度的摩擦和关于位置的扰动分别进行补偿的方法。在对位置周期扰动补偿中,采用神经网络补偿,离线采用BP网络,在线采用实时性好的CMAC,与自适应控制器共同构成了复合控制。从仿真结果看,复合控制对摩擦补偿和对位置周期性扰动的补偿很有效。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论及预备知识  9-22
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.1 国外测试转台的发展状况  10-11
    1.1.2 国内测试转台的发展状况  11-12
  1.2 转台电控系统组成  12-13
  1.3 神经网络  13-20
    1.3.1 发展历史  13-17
    1.3.2 神经网络原理及现状  17-19
    1.3.3 神经网路在控制中的应用  19-20
  1.4 论文研究内容  20-22
第2章 转台控制系统设计  22-28
  2.1 前言  22
  2.2 基于锁相环的转台控制系统原理  22-23
  2.3 基于计算机ISA总线的系统控制板设计  23-26
  2.4 FPGA中数字逻辑电路实现  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 测角系统研究  28-46
  3.1 前言  28
  3.2 感应同步器的结构和工作原理  28-30
  3.3 测角原理  30-31
  3.4 定角计时测角方法原理及系统组成  31-32
  3.5 相敏解调电路  32-39
    3.5.1 相敏解调电路原理  33-34
    3.5.2 开关型相敏解调电路  34-37
    3.5.3 低通滤波器  37-38
    3.5.4 相敏解调电路的通带特性分析  38-39
  3.6 防抖动整形电路  39-42
  3.7 计时电路设计  42-45
    3.7.1 可编程逻辑器件(PLD)简介  42-43
    3.7.2 不同角度间隔的实现  43-44
    3.7.3 计时控制电路的实现  44
    3.7.4 计数器的实现  44-45
  3.8 本章小结  45-46
第4章 转台的摩擦补偿研究  46-71
  4.1 引言  46
  4.2 摩擦模型的建立  46-50
    4.2.1 摩擦模型  46-50
  4.3 补偿方法  50-52
    4.3.1 基于模型的补偿  50-51
    4.3.2 基于非模型的摩擦补偿  51-52
  4.4 无刷直流电动机的数学描述  52-55
  4.5 基于LuGre模型的摩擦补偿  55-60
    4.5.1 自适应控制器设计  55-58
    4.5.2 稳定性分析  58-60
  4.6 复合补偿  60-65
    4.6.1 CMAC及其计算方法  60-63
    4.6.2 补偿器设计  63-65
  4.7 仿真分析  65-70
    4.7.1 自适应控制律仿真  66-67
    4.7.2 复合仿真  67-70
  4.8 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-77
致谢  77

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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 > 数据处理、数据处理系统
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