發(fā)布時(shí)間：2017-08-07 11:12

  本文關(guān)鍵詞：電動(dòng)三軸穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)控制策略研究

  更多相關(guān)文章： 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái) 電機(jī)伺服控制 慣量耦合 Stribeck摩擦模型 滑�？刂�

【摘要】：本課題主要來(lái)源于海軍某部隊(duì)的艦載末制導(dǎo)跟蹤實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,艦艇上的末制導(dǎo)跟蹤設(shè)備是影響軍艦戰(zhàn)斗力的一個(gè)重要因素,末制導(dǎo)跟蹤設(shè)備要完成對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤,需要隔離艦艇的晃動(dòng),保證制導(dǎo)設(shè)備的地理水平穩(wěn)定。本課題主要是分析艦艇穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的工作模式,研究其工作原理,基于穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性以及精準(zhǔn)性的要求,研究提高系統(tǒng)自穩(wěn)以及跟蹤性能的控制策略。根據(jù)課題提供的要求,分析穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的工作模式,研究穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的工作原理,同時(shí)確定系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方案,確定系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。按照控制理論建立單通道電機(jī)伺服位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,得到以電機(jī)的電樞電壓輸入,電機(jī)角位移為輸出的傳遞函數(shù)模型。為提高系統(tǒng)性能要求,按照工程設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)從內(nèi)到外為電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)、位置環(huán)的三閉環(huán)位置控制系統(tǒng),并按典型Ⅰ型系統(tǒng)要求配置電流調(diào)節(jié)器(ACR),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)以及位置調(diào)節(jié)器(APR)的參數(shù),在這基礎(chǔ)上分析系統(tǒng)在無(wú)外界干擾情況下的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性。根據(jù)穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的實(shí)際工作情況,引入位置控制系統(tǒng)的主要干擾,一方面,平臺(tái)姿態(tài)的改變導(dǎo)致控制對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改變,從而使得傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)改變;另一方面穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)工作時(shí)存在摩擦力矩干擾,由于平臺(tái)的低速性,引入Stribeck摩擦模型,使得原來(lái)的線性系統(tǒng)變成非線性系統(tǒng)。建立Simulink仿真模型,在經(jīng)典PID控制下,完成系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)以及正弦跟蹤仿真,仿真結(jié)果表明經(jīng)典PID在非線性系統(tǒng)控制中,沒(méi)有使得系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能達(dá)到一個(gè)良好的結(jié)果。針對(duì)采用經(jīng)典PID控制,非線性系統(tǒng)的響應(yīng)輸出準(zhǔn)確性以及快速性沒(méi)有達(dá)到要求這一問(wèn)題,引入滑模變結(jié)構(gòu)控制,消除系統(tǒng)由于控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變、不連續(xù)等帶來(lái)的影響。本課題采用基于指數(shù)趨近律的方法設(shè)計(jì)滑�？刂破�,得到以角位移誤差、角速度、加速度、輸入信號(hào)一階以及二階微分為輸入的控制器,并搭建Simulink模型,進(jìn)行系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)以及正弦跟蹤仿真,將仿真結(jié)果與采用經(jīng)典PID控制的對(duì)比表明:滑模變結(jié)構(gòu)控制器具有更好的快速性,滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)要求,降低穩(wěn)定誤差,且能更好地抵抗外界干擾,抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化等對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響,達(dá)到良好地控制效果。最后通過(guò)穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)在艦艇上的階躍跟蹤、系統(tǒng)自穩(wěn)、方位跟蹤實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證位置控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的合理性,比較經(jīng)典PID控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制的性能,實(shí)驗(yàn)表明滑模變結(jié)構(gòu)控制在穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的階躍響應(yīng)、自穩(wěn)以及方位跟蹤的控制中,系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求,其控制性能較PID控制優(yōu)越。
【關(guān)鍵詞】：穩(wěn)定跟蹤平臺(tái) 電機(jī)伺服控制 慣量耦合 Stribeck摩擦模型 滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.703.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)發(fā)展概況11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究與發(fā)展概況簡(jiǎn)介11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究與發(fā)展概況簡(jiǎn)介12-13
• 1.3 交流電機(jī)伺服系統(tǒng)常用的控制策略13-15
• 1.3.1 常用的線性控制策略13-14
• 1.3.2 常用的非線性控制策略14-15
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)工作分析17-22
• 2.1 引言17
• 2.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)17-19
• 2.2.1 穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)17
• 2.2.2 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)元器件的選擇參數(shù)17-19
• 2.3 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)工作模式研究19-21
• 2.3.1 自穩(wěn)工作模式19-20
• 2.3.2 陸基跟蹤工作模式20-21
• 2.3.3 穩(wěn)定跟蹤工作模式21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 電機(jī)伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型搭建及分析22-42
• 3.1 引言22
• 3.2 單通道電機(jī)位置系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立22-32
• 3.2.1 電機(jī)的數(shù)學(xué)模型23-26
• 3.2.2 電機(jī)三閉環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)26-28
• 3.2.3 設(shè)計(jì)三閉環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)28-32
• 3.3 方位跟蹤數(shù)學(xué)模型32-34
• 3.4 控制系統(tǒng)外干擾數(shù)學(xué)模型34-40
• 3.4.1 軸系機(jī)械慣量耦合34-38
• 3.4.2 摩擦力矩干擾38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)控制器設(shè)計(jì)42-60
• 4.1 引言42
• 4.2 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)機(jī)械模態(tài)分析42-44
• 4.2.1 模態(tài)分析意義42
• 4.2.2 模態(tài)分析方法42-44
• 4.3 單通道經(jīng)典PID控制44-49
• 4.3.1 PID控制原理44-45
• 4.3.2 慣量變化的PID控制Simulink仿真45-46
• 4.3.3 系統(tǒng)帶摩擦干擾的PID控制Simulink仿真46-49
• 4.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制49-53
• 4.4.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制基礎(chǔ)49
• 4.4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的不變性49-51
• 4.4.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)51-53
• 4.5 滑模變結(jié)構(gòu)控制Simulink系統(tǒng)仿真53-58
• 4.6 SimMechancis物理模型仿真58-59
• 4.7 本章小結(jié)59-60
• 第5章 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與研究60-69
• 5.1 引言60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成60-62
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件組成60
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要電氣連接圖60-61
• 5.2.3 控制軟件設(shè)計(jì)61-62
• 5.3 穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)實(shí)驗(yàn)62-69
• 5.3.1 單位階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)63-64
• 5.3.2 縱搖橫搖自穩(wěn)實(shí)驗(yàn)64-68
• 5.3.3 方位跟蹤實(shí)驗(yàn)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 致謝75

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本文編號(hào)：634353