【摘要】：慣性測量系統(tǒng)廣泛應用于航海、航空、航天等眾多領域,主要用于慣性定位、慣性導航、慣性制導、慣性姿態(tài)控制。隨著技術的進步,用于角運動測量的慣性元件的性能得到了不斷提升。為了對慣性元件和慣性系統(tǒng)進行檢測和評估,對高精度的測試設備提出了迫切需求。三軸角振動臺是應用于慣性元件和慣性系統(tǒng)動態(tài)性能測試的大型精密測試設備。它主要是通過輸出高精度的正弦振動來精確地模擬載體運動過程中的角振動,為實現(xiàn)對慣性元件和慣性系統(tǒng)動態(tài)特性的精密測試提供條件,得到它們的動態(tài)誤差特性,為后續(xù)對動態(tài)誤差進行補償提供了可能。此外,本文所設計的三軸角振動臺還具有高精度跟蹤指令角位置、角速度功能。三軸角振動臺控制系統(tǒng)要求可以實現(xiàn)高頻采樣、實時控制、高頻響、高精度,亟待解決三軸動力學解耦問題、低速運行時的摩擦力矩干擾以及高精度角速度指令跟蹤時電機力矩波動影響等技術難題。本文對三軸角振動臺控制系統(tǒng)進行了設計與研究。建立了電機系統(tǒng)三環(huán)控制模型以及角振動臺三軸框架的動力學模型,通過仿真分析驗證了三軸框架之間存在嚴重的動力學耦合,利用非線性反饋設計了三軸框架動力學解耦控制算法。根據摩擦力矩的Lu Gre模型,基于Lyapunov穩(wěn)定性理論,設計了模型參考自適應控制算法,以補償摩擦力矩對三軸角振動臺的影響。分析了無刷直流力矩電機中力矩波動的產生機理,基于重復控制及LUT,分別設計了電機力矩波動補償算法。通過仿真驗證了動力學解耦控制算法、摩擦力矩自適應補償算法以及電機力矩波動改進型重復控制抑制算法和LUT補償算法的有效性。為保證高采樣頻率以及控制的實時性,本文最后采用DSP、FPGA作為核心芯片構成運動控制卡,設計了角振動臺的軟硬件控制系統(tǒng)并進行了調試,驗證了基于LUT的電機力矩波動抑制算法以及基于Lu Gre模型的摩擦力矩自適應補償算法的可行性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH122
【圖文】：

角振動臺發(fā)展現(xiàn)狀術先進的國家很早開始就對角振動臺非常重視。美國 M 60 年代初就已經配置了精密角振動臺。1975 年，一種加速度測量元件應用了角振動頻率為 0.2Hz~100Hz 的動發(fā)表的文獻[7]中介紹了 Systron-Donner 公司為 Air Forc 5690-4 角振動臺，它可以產生并測量 1Hz 到 500Hz、最正弦運動，系統(tǒng)精度約為 0.3″。 90 年代，美國 Contraves-Goerz 公司研發(fā)了 827 及 300。其中，827 型角振動臺具有高達 91kg 的強大承載能力電機，頻帶可達到 400Hz。300 型角振動臺帶有溫控箱電機，從而允許臺體具有更高的軸向諧振頻率，它的角穩(wěn)地過渡到 600Hz 以上，峰值加速度可達 850rad/s2[8]。 AIAA 建模與仿真技術會議上，美國空軍研究實驗室介導武器研發(fā)過程中進行動態(tài)性能測試的五軸高頻角振動0Hz，最大峰值振幅為 1°，如圖 1-1 所示[9]。

圖 1-1 五軸高頻角振動臺美國 Team 公司設計生產的 RVC400 型角振動臺如圖 1-2 所示，它采用先進的力矩音圈電機直接驅動支撐工作臺的旋轉軸，這種布置幾乎沒有摩擦，可產生高達 2kHz 的正弦響應，且工作噪聲小，適合需要靜音的實驗室使用。電機中采用稀土永磁體，使得在小尺寸的空間內可以產生非常大的力矩[10]。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 薛景鋒;彭軍;李新良;趙維謙;;角振動校準裝置研究[J];航空學報;2015年03期

2 陳璐;;基于虛擬儀器的高頻角振動測試系統(tǒng)研制[J];計測技術;2013年02期

3 劉志華;郭付才;彭新偉;陳吉東;;基于CY7C68013A的FPGA配置和通信接口設計[J];電子技術應用;2013年02期

4 王瑞娟;梅志千;李向國;王金秀;;機電伺服系統(tǒng)非線性摩擦自適應補償的研究[J];中國電機工程學報;2012年36期

5 馬驥;李大琦;鄒秀斌;吳國亮;;高頻角振動轉臺控制系統(tǒng)設計與仿真分析[J];航空精密制造技術;2012年02期

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本文編號：2740634