【摘要】：慣性測量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航海、航空、航天等眾多領(lǐng)域,主要用于慣性定位、慣性導(dǎo)航、慣性制導(dǎo)、慣性姿態(tài)控制。隨著技術(shù)的進(jìn)步,用于角運(yùn)動(dòng)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(jìn)行檢測和評估,對高精度的測試設(shè)備提出了迫切需求。三軸角振動(dòng)臺是應(yīng)用于慣性元件和慣性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能測試的大型精密測試設(shè)備。它主要是通過輸出高精度的正弦振動(dòng)來精確地模擬載體運(yùn)動(dòng)過程中的角振動(dòng),為實(shí)現(xiàn)對慣性元件和慣性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的精密測試提供條件,得到它們的動(dòng)態(tài)誤差特性,為后續(xù)對動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償提供了可能。此外,本文所設(shè)計(jì)的三軸角振動(dòng)臺還具有高精度跟蹤指令角位置、角速度功能。三軸角振動(dòng)臺控制系統(tǒng)要求可以實(shí)現(xiàn)高頻采樣、實(shí)時(shí)控制、高頻響、高精度,亟待解決三軸動(dòng)力學(xué)解耦問題、低速運(yùn)行時(shí)的摩擦力矩干擾以及高精度角速度指令跟蹤時(shí)電機(jī)力矩波動(dòng)影響等技術(shù)難題。本文對三軸角振動(dòng)臺控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。建立了電機(jī)系統(tǒng)三環(huán)控制模型以及角振動(dòng)臺三軸框架的動(dòng)力學(xué)模型,通過仿真分析驗(yàn)證了三軸框架之間存在嚴(yán)重的動(dòng)力學(xué)耦合,利用非線性反饋設(shè)計(jì)了三軸框架動(dòng)力學(xué)解耦控制算法。根據(jù)摩擦力矩的Lu Gre模型,基于Lyapunov穩(wěn)定性理論,設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)控制算法,以補(bǔ)償摩擦力矩對三軸角振動(dòng)臺的影響。分析了無刷直流力矩電機(jī)中力矩波動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理,基于重復(fù)控制及LUT,分別設(shè)計(jì)了電機(jī)力矩波動(dòng)補(bǔ)償算法。通過仿真驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)解耦控制算法、摩擦力矩自適應(yīng)補(bǔ)償算法以及電機(jī)力矩波動(dòng)改進(jìn)型重復(fù)控制抑制算法和LUT補(bǔ)償算法的有效性。為保證高采樣頻率以及控制的實(shí)時(shí)性,本文最后采用DSP、FPGA作為核心芯片構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制卡,設(shè)計(jì)了角振動(dòng)臺的軟硬件控制系統(tǒng)并進(jìn)行了調(diào)試,驗(yàn)證了基于LUT的電機(jī)力矩波動(dòng)抑制算法以及基于Lu Gre模型的摩擦力矩自適應(yīng)補(bǔ)償算法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH122
【圖文】：

角振動(dòng)臺發(fā)展現(xiàn)狀術(shù)先進(jìn)的國家很早開始就對角振動(dòng)臺非常重視。美國 M 60 年代初就已經(jīng)配置了精密角振動(dòng)臺。1975 年，一種加速度測量元件應(yīng)用了角振動(dòng)頻率為 0.2Hz~100Hz 的動(dòng)發(fā)表的文獻(xiàn)[7]中介紹了 Systron-Donner 公司為 Air Forc 5690-4 角振動(dòng)臺，它可以產(chǎn)生并測量 1Hz 到 500Hz、最正弦運(yùn)動(dòng)，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(dòng)臺具有高達(dá) 91kg 的強(qiáng)大承載能力電機(jī)，頻帶可達(dá)到 400Hz。300 型角振動(dòng)臺帶有溫控箱電機(jī)，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(dá) 850rad/s2[8]。 AIAA 建模與仿真技術(shù)會議上，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室介導(dǎo)武器研發(fā)過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試的五軸高頻角振動(dòng)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(dòng)臺美國 Team 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 RVC400 型角振動(dòng)臺如圖 1-2 所示，它采用先進(jìn)的力矩音圈電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)支撐工作臺的旋轉(zhuǎn)軸，這種布置幾乎沒有摩擦，可產(chǎn)生高達(dá) 2kHz 的正弦響應(yīng)，且工作噪聲小，適合需要靜音的實(shí)驗(yàn)室使用。電機(jī)中采用稀土永磁體，使得在小尺寸的空間內(nèi)可以產(chǎn)生非常大的力矩[10]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 薛景鋒;彭軍;李新良;趙維謙;;角振動(dòng)校準(zhǔn)裝置研究[J];航空學(xué)報(bào);2015年03期

2 陳璐;;基于虛擬儀器的高頻角振動(dòng)測試系統(tǒng)研制[J];計(jì)測技術(shù);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(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2013年02期

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5 馬驥;李大琦;鄒秀斌;吳國亮;;高頻角振動(dòng)轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析[J];航空精密制造技術(shù);2012年02期

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本文編號：2740634