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水面稳定平台测控系统研究

作　者: 郭惜久
导　师: 程翔
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 稳定平台随机海浪预测控制 Matlab仿真步进电机驱动
分类号: P715
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要

某探测设备工作在海面上,受风浪影响会产生晃动,造成探测精度降低,因此提出将探测设备通过稳定平台与海浪扰动相隔离的要求。基于此,对随机海浪作用下稳定平台测控系统的进行了初步研究。首先,总结了常见稳定平台的结构形式以及它们的优缺点,在此基础上结合课题中稳定平台的特殊应用环境,确定了稳定平台的最终结构。并对稳定平台的工作原理进行了介绍。其次,采用ITTC单参数标准海浪谱(P-M谱)建立了随机海浪模型,对随机海浪进行了实时仿真。参照船舶运动数学模型建立了该稳定平台的运动模型,在此基础上对稳定平台在随机海浪作用下的运动进行了时域仿真,得到了平台摇动角信号α(t)。并利用Matlab建立了时间序列自回归模型(AR模型),根据最小AIC准则建立最优AR预测模型,以此对稳定平台的运动进行预测仿真,及误差分析。第三,对稳定平台的控制驱动器硬件进行了总体设计。控制驱动器主要分为角度测量传感器部分、单片机控制电路、TL494恒流控制电路、IR2110功率放大电路、电流反馈电路等。以单片机为控制核心实现各项功能,对各部分的原理及功能实现做了详细介绍。最后,对控制系统的进行了软件设计,分别对各部分功能的实现给出了详细流程。并在此基础上做出相关实验以检测硬件电路的性能。实验结果表明硬件电路基本能完成最初设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 稳定平台发展现状  8
  1.2 稳定平台国内外发展概述  8-10
  1.3 稳定平台相关技术概述  10-11
  1.4 预测控制技术简述  11-13
    1.4.1 预测控制的产生  11-12
    1.4.2 预测控制的特征  12-13
  1.5 论文主要工作  13-14
2 稳定平台的机械结构选型及稳定原理  14-21
  2.1 稳定平台的结构选型  14-19
    2.1.1 常见稳定平台的形式  14
    2.1.2 几种常见稳定平台结构形式及分析  14-17
    2.1.3 稳定平台的结构选型  17-19
  2.2 稳定平台的稳定原理  19
  2.3 本章小结  19-21
3 稳定平台运动建模及预测仿真  21-37
  3.1 随机海浪模型的建立  21-25
    3.1.1 波浪运动的特征参数  21-22
    3.1.2 随机海浪模型  22
    3.1.3 波能谱  22-23
    3.1.4 海浪信号的实时仿真  23-25
  3.2 稳定平台总体在海面上的运动  25-27
    3.2.1 稳定平台运动建模的方法  26-27
    3.2.2 稳定平台运动的分析  27
  3.3 稳定平台横摇运动模型及其仿真  27-31
    3.3.1 稳定平台横摇运动模型  27-29
    3.3.2 稳定平台横摇运动仿真  29-31
  3.4 稳定平台横摇运动趋势预测仿真  31-35
    3.4.1 平稳时间序列预测模型  32-33
    3.4.2 基于AR模型的预测控制仿真  33-35
    3.4.3 仿真结果分析  35
  3.5 本章小结  35-37
4 控制驱动器硬件总体设计  37-58
  4.1 整体电路结构  37-38
  4.2 步进电机及其驱动技术概述  38-41
    4.2.1 步进电机简介  38
    4.2.2 步进电机驱动技术简介  38-41
  4.3 稳定平台角度测量模块  41-45
    4.3.1 角度测量传感器的选择  41-42
    4.3.2 MEMS加速度传感器Lis244alh简介  42
    4.3.3 Lis244alh的测量原理  42-43
    4.3.4 稳定平台角度测量电路设计  43-45
  4.4 单片机控制电路  45-49
    4.4.1 C8051F410主控电路设计  45-49
  4.5 PWM斩波电路设计  49-52
    4.5.1 TL494工作原理  49-51
    4.5.2 TL494功能实现  51-52
  4.6 逻辑合成电路  52-53
  4.7 功率驱动电路设计  53-56
    4.7.1 IR2110简介  53-54
    4.7.2 IR2110应用  54-55
    4.7.3 H桥主驱动电路设计  55-56
  4.8 电源模块设计  56-57
  4.9 本章小结  57-58
5 伺服控制系统软件设计  58-61
  5.1 主程序设计  58
  5.2 中断服务子程序  58-60
  5.3 本章小结  60-61
6 系统软硬件调试实验  61-69
  6.1 步进电机控制信号测试  61-64
  6.2 稳定回路模拟控制实验  64-66
  6.3 系统闭环回路控制实验  66-67
  6.4 本章小结  67-69
结束语  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录  75-76

水面稳定平台测控系统研究

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