本文選題：磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺　切入點：磁軸承　出處：《國防科學技術大學》2015年博士論文

【摘要】：為了滿足我國高分辨率對地觀測的需要,研制具有我國自主知識產(chǎn)權的高精度航空遙感慣性穩(wěn)定平臺的需求日益迫切。近年來,基于磁懸浮技術的慣性穩(wěn)定平臺受到了人們的關注。由于磁懸浮軸承的低振動、無摩擦和大力質(zhì)比等特性,有望進一步提高慣性穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定精度。論文以磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺二級穩(wěn)定系統(tǒng)為研究對象,從動力學建模,磁懸浮系統(tǒng)控制與實驗,框架系統(tǒng)摩擦補償與實驗,二級系統(tǒng)耦合分析與控制策略和二級穩(wěn)定系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法等五個方面,對磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺控制技術展開研究。根據(jù)磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,采用Newton-Euler方法,對磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺系統(tǒng)整體建立了非線性動力學模型,并根據(jù)系統(tǒng)的動力學模型進行簡化得到線性的簡化模型,用于控制器的設計和性能分析。在大負載磁懸浮系統(tǒng)控制技術研究方面,提出了大負載軸向磁懸浮系統(tǒng)的分步調(diào)參調(diào)試方法,超前滯后控制方法,建立了基于PXI/FPGA系統(tǒng)的軸向多點懸浮和徑向懸浮實驗的快速控制原型系統(tǒng),并對控制方法進行了驗證。在框架穩(wěn)定系統(tǒng)的摩擦補償技術研究方面,提出了改進Karnopp摩擦補償方法及其參數(shù)辨識方法,建立了基于DSP的框架系統(tǒng)在線辨識實驗方法,并對摩擦補償方法進行了實驗驗證。對磁懸浮和框架組成的二級系統(tǒng)的協(xié)同控制策略和耦合效應進行了深入的分析,提出了磁懸浮二級穩(wěn)定系統(tǒng)設計有效性的三個性能約束條件,在此基礎上揭示了磁懸浮傾斜位移負剛度的耦合作用機理,分系統(tǒng)性能對整體性能的意義以及粗精兩級轉(zhuǎn)動慣量比的選取原則,并提出了磁懸浮二級穩(wěn)定系統(tǒng)進行有效設計的一般流程。在基于外穩(wěn)定內(nèi)補償控制策略的結(jié)構(gòu)上,設計了具有更高穩(wěn)定精度的二級穩(wěn)定系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制器,通過考慮各種實際影響因素的仿真,驗證了控制系統(tǒng)的性能。磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺是我國的自主創(chuàng)新,作者所在研究團隊研制出了磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺的原理樣機,并正在開展工程樣機的研制。本文的研究工作具有開創(chuàng)性,其研究成果對磁懸浮慣性穩(wěn)定平臺的研制提供了關鍵的理論與技術支撐。
[Abstract]:In order to meet the needs of high-resolution earth observation in China, it is urgent to develop a high-precision inertial stability platform for aviation remote sensing with independent intellectual property rights in China.In recent years, the inertial stabilization platform based on maglev technology has attracted people's attention.Due to the low vibration, non-friction and mass ratio of magnetic bearing, it is expected to further improve the stability accuracy of inertial stabilization platform.This paper takes the two-stage stabilization system of the maglev inertial stabilization platform as the research object, from the dynamic modeling, the control and experiment of the maglev system, the friction compensation and experiment of the frame system.In this paper, the control technology of maglev inertial stabilization platform is studied from five aspects: coupling analysis and control strategy of two-stage system and coordinated control method of two-stage stabilization system.According to the basic structure and working principle of the maglev inertial stabilization platform, a nonlinear dynamic model is established for the whole system of the maglev inertial stabilization platform by using the Newton-Euler method.According to the dynamic model of the system, the linear simplified model is obtained, which can be used in the design and performance analysis of the controller.In the aspect of research on control technology of large load maglev system, this paper puts forward the method of adjusting step by step and leading lag control method of axial maglev system with large load.The rapid control prototype system of axial multi-point suspension and radial suspension experiment based on PXI/FPGA system is established, and the control method is verified.In the aspect of friction compensation technology of frame stabilization system, an improved Karnopp friction compensation method and its parameter identification method are proposed. An online identification experiment method of frame system based on DSP is established, and the friction compensation method is verified by experiments.The cooperative control strategy and coupling effect of the secondary system composed of maglev and frame are analyzed, and three performance constraints for the design effectiveness of the two-stage maglev stability system are proposed.On this basis, the coupling mechanism of the magnetic levitation tilting displacement negative stiffness, the significance of the subsystem performance to the overall performance and the principle of selecting the ratio of the coarse and fine two-stage rotational inertia are revealed.A general flow chart for effective design of maglev two-stage stabilization system is presented.Based on the structure of external stability and internal compensation control strategy, a two-stage stabilization system coordination controller with higher stability accuracy is designed. The performance of the control system is verified by simulation considering various practical factors.The maglev inertial stabilization platform is an independent innovation in our country. The author has developed a prototype of the maglev inertial stabilization platform in the research team and is developing the engineering prototype.The research work in this paper is groundbreaking, and the research results provide the key theoretical and technical support for the development of the maglev inertial stabilization platform.
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V243.5

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本文編號：1716507