学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

光学测试转台若干控制算法研究

作　者: 杨天锡
导　师: 丁雪梅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 光学测试转台三轴台饲服控制模糊控制自适应摩擦力补偿非线性解耦自适应陷波滤波卡尔曼滤波
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 197次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

三轴光学测试转台是CCD成像制导半实物仿真测试的关键设备。位置精度、速度精度、低速性能是三轴光学测试转台的重要性能指标。影响三轴光学测试转台精度和低速性能的因素有摩擦力矩、转台轴系之间的耦合、工频干扰、噪声干扰、机械谐振等。为了提高三轴仿真转台的精度和低速性能,在不增加硬件开销的情况下,本文从算法(软件)角度研究三轴光学测试转台饲服控制、摩擦力补偿、解耦、滤波这几个关键技术,给了相应的解决措施。三轴光学测试转台的控制在本质上是直流饲服电机的控制,本文第二章研究了直流饲服电机的控制。直流饲服电机采用电流环、速度环和位置环三环嵌套控制。为了提高响应速度,引进了模糊控制算法。电流环采用PI控制,速度环采用模糊PID切换控制,在大的误差范围内,采用模糊控制以提高控制的快速性,在小误差范围内,采用PID控制以保证控制的精确性。位置环采用前馈+模糊PID控制。仿真表明,这种传统控制算法和现代控制算法相结合的控制策略有效地提高了三轴光学测试转台的响应时间。摩擦力是影响三轴光学测试转台低速性能的主要因素,本文设计了一种复合自适应摩擦力补偿算法,在线辨识参数。一方面,从基于李雅普诺夫原理的自适应理论得了一种自适应摩擦力估计,另一方面,从基于最小二乘法原理的系统辨识角度,得出另一种自适应摩擦力估计,然后把这两种摩擦力线性组合起来,得到了一种复合摩擦力补偿算法,理论和仿真都表明,这种复合自适应摩擦力补偿算法,既具有自适应控制全局稳定收敛的特点,又具有最小二乘法在线更新参数的特点,是一种实用有效的自适应摩擦力补偿算法。三轴光学测试转台各轴系之间的耦合影响了转台的精度,解耦是三轴光学测试转台控制必须要解决的问题。本文采用基于逆系统的Singh法解耦,这种方法根据三轴光学测试转台各轴系之间的耦合数学模型,用Singh法求出其逆系统,再把求得的逆系统串接在原三轴光学测试转台耦合物理系统前面构成伪线性系统,进行动态解耦设计。逆系统Singh法解耦,避开了Falb-Wolovich解耦矩阵为奇异的情况。本文给了三轴光学测试转台基于逆系统Singh法解耦实例,仿真表明,只要三轴光学测试转台的耦合数学模型足够精确,就能够完全消除耦合干扰。工频干扰、机械谐振、测量噪声、高斯噪声和高频噪声等都直接或间接地影响着三轴光学测试转台的精度,针对这些干扰或噪声,本文讨论了三轴光学测试中的滤波技术。设计了自适应陷波滤波器来消除工频干扰和机械谐振,设计了卡尔曼滤波器来消除测量噪声和常值干扰力矩,在卡尔曼滤波的基础上,讨论了加速度反馈控制。此外,还简要介绍了低通滤波等滤波技术在转台控制系统中的应用。本文初步完成了三轴光学测试转台中若干控制算法的研究,研究每个问题时,在理论分析的基础之上,大都给出了仿真结果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景  10-11
  1.2 国内外仿真转台的研制情况  11-14
  1.3 仿真转台的研究内容  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第2章转台饲服控制算法  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 三轴光学测试转台整体控制系统组成  17-18
    2.2.1 三轴光学测试转台机电系统组成  17-18
    2.2.2 三轴光学测试转台饲服控制系统结构  18
  2.3 三轴光学测试转台单轴饲服控制算法  18-27
    2.3.1 引言  18-19
    2.3.2 直流饲服电机控制数学模型  19-20
    2.3.3 电流环设计  20-21
    2.3.4 速度环控制算法  21-25
    2.3.5 位置环控制算法  25-27
  2.4 小结  27-28
第3章转台自适应摩擦力补偿  28-44
  3.1 引言  28-29
  3.2 摩擦力补偿方法确定和摩擦力模型选择  29-32
    3.2.1 自适应摩擦力补偿方法确定  29-31
    3.2.2 摩擦力数学模型的选择  31-32
  3.3 自适应摩擦力补偿  32-38
    3.3.1 基于李雅普诺夫原理的自适应摩擦力补偿  32-35
    3.3.2 基于最小二乘法原理的自适应摩擦力补偿  35-37
    3.3.3 复合自适应摩擦力补偿算法  37-38
  3.4 仿真  38-43
  3.5 小结  43-44
第4章转台非线性解耦设计  44-53
  4.1 引言  44-45
  4.2 三轴光学测试转台逆系统的解耦算法  45-49
    4.2.1 三轴光学测试转台的耦合数学模型  45-46
    4.2.2 三轴光学测试转台耦合系统求逆  46-48
    4.2.3 伪线性综合  48-49
  4.3 仿真  49-52
  4.4 小结  52-53
第5章转台控制中的数字滤波技术  53-65
  5.1 引言  53
  5.2 自适应陷波滤波  53-59
    5.2.1 工频自适应陷波滤波器的设计  53-57
    5.2.2 机械谐振自适应陷波器的设计  57-59
  5.3 卡尔曼滤波的应用  59-63
    5.3.1 卡尔曼滤波简介  59-60
    5.3.2 卡尔曼滤波在三轴光学测试转台控制中的应用  60-63
  5.4 其它滤波技术  63-64
  5.5 小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-73
致谢  73

光学测试转台若干控制算法研究

内容摘要

全文目录

相似论文