本文關鍵詞：機載激光通信終端的變結構控制方法研究

  更多相關文章： 機載激光通信 PAT粗跟蹤 模糊變結構 魯棒性 穩(wěn)定性

【摘要】：機載激光通信終端的視軸跟蹤問題一直是激光通信領域的重點和難點。由于機載平臺機動性強、速度快、運動軌跡難以預測,通信前需要通信雙方進行視軸對準,并且在整個通信過程中,通信終端必須時刻對對方進行跟瞄。因此,激光通信必須建立在瞄準、捕獲、跟蹤(Pointing,Acquisition,Tracking PAT)的基礎上。在PAT過程中采用變結構控制是一種很好的策略。本文主要工作是對變結構在機載激光通信終端粗跟蹤環(huán)節(jié)的跟蹤性能進行研究,通過對改進前后的變結構控制進行仿真對比。實驗表明,PAT過程采用模糊變結構控制在滿足精度要求的同時具有較強的魯棒性。首先對平臺性能要求進行分析,確定了采用復合軸控制的優(yōu)勢與必要性,在此基礎上介紹了粗跟蹤平臺的系統結構并建立了各環(huán)節(jié)的數學模型;之后從理論上詳細介紹、分析了變結構的控制特點與設計步驟,并通過理論驗證與仿真演示深入說明了變結構控制中精度與魯棒性之間的矛盾,以及在控制律設計中必須明確知道干擾上界的限制;之后在介紹模糊算法原理與設計思路的基礎上,將切換函數作為輸入、切換增益作為輸出,設計模糊控制器,通過對隸屬函數的優(yōu)化,推理規(guī)則的提煉簡化,設計了不需明確干擾上界且能兼顧控制精度與魯棒性的模糊變結構控制器。之后,根據系統特點與激光通信對粗跟蹤系統的需求,對粗跟蹤系統的每一環(huán),按照期望的性能需求,進行設計與校正,并將其作為后一環(huán)的被控環(huán)節(jié),達到將復雜的PAT控制結構進行合理簡化的目的。最后對關鍵的位置環(huán),采用經過改進的模糊變結構控制,使得被控系統能夠利用變結構控制的不變性抑制外界干擾以及包括各環(huán)節(jié)建模、等效合并時造成的不準確在內的系統自身參數攝動,克服了不良因素影響。同時模糊算法的引入在不改變經典變結構本身魯棒性的前提下,對抖振進行了有效的削弱,提高了控制精度。最后在Matlab仿真中,將其與參數經過優(yōu)化的經典PID控制進行對比,證明了模糊變結構具有更優(yōu)異的魯棒性、控制精度與響應的快速性,即使在干擾下,也能滿足機載激光通信對PAT粗跟蹤系統的要求。之后與經典變結構進行對比,驗證了模糊算法的引入的確可以在不需要知道干擾上界的前提下,實現切換增益動態(tài)跟隨干擾變化,達到精確抵消干擾的目的,進而在削弱抖振的同時,仍能保證模糊變結構擁有經典變結構的各種優(yōu)異性能。
【關鍵詞】：機載激光通信 PAT粗跟蹤 模糊變結構 魯棒性 穩(wěn)定性
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究意義10-11
• 1.2 機載激光通信國內外發(fā)展現狀11-13
• 1.2.1 國外研究現狀11-13
• 1.2.2 國內發(fā)展狀況13
• 1.3 粗跟蹤伺服單元控制策略發(fā)展綜述13-16
• 1.4 本課題主要研究內容16-18
• 2 PAT伺服系統及其數學模型18-26
• 2.1 PAT系統結構與性能要求18-20
• 2.1.1 PAT系統組成與功能簡介18-19
• 2.1.2 PAT系統性能分析19-20
• 2.2 PAT系統粗、精復合軸控制技術20-21
• 2.3 PAT系統粗跟蹤單元數學模型21-25
• 2.3.1 伺服系統動力方程21-23
• 2.3.2 執(zhí)行電機數學模型23-24
• 2.3.3 PWM模塊模型24
• 2.3.4 系統檢測變換元器件模型24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 3 變結構控制理論26-45
• 3.1 變結構控制基本原理26-29
• 3.2 變結構控制的基本性質29-32
• 3.2.1 變結構控制的存在條件29
• 3.2.2 變結構控制到達條件29
• 3.2.3 變結構控制的不變性29-31
• 3.2.4 變結構控制動態(tài)品質31-32
• 3.3 變結構控制器設計方法32-34
• 3.3.1 切換函數設計33-34
• 3.3.2 控制律的設計34
• 3.4 變結構控制穩(wěn)定性分析34-35
• 3.5 變結構控制系統抖振問題分析35-40
• 3.5.1 抖振產生的原因35-38
• 3.5.2 抖振的削弱38-40
• 3.6 抖振仿真分析40-44
• 3.6.1 采用趨近率法的控制效果仿真40-42
• 3.6.2 采用飽和函數的控制效果仿真42-44
• 3.7 本章小結44-45
• 4 模糊控制理論與研究45-53
• 4.1 模糊控制的數學基礎45-47
• 4.1.1 模糊集合45-46
• 4.1.2 隸屬函數46
• 4.1.3 模糊邏輯推理46-47
• 4.2 模糊控制工作原理47-48
• 4.3 模糊變結構控制器分析與設計48-52
• 4.4 本章小結52-53
• 5 基于模糊變結構的PAT粗跟蹤伺服系統研究53-65
• 5.1 PAT粗跟蹤伺服系統電流環(huán)控制策略53-56
• 5.1.1 電流環(huán)框圖的確定53-55
• 5.1.2 電流環(huán)校正策略55-56
• 5.2 PAT粗跟蹤伺服系統速度環(huán)控制策略56-58
• 5.2.1 速度環(huán)框圖的確定56-57
• 5.2.2 速度環(huán)校正策略57-58
• 5.3 PAT粗跟蹤伺服系統位置環(huán)控制策略58-64
• 5.3.1 位置環(huán)框圖的確定58-60
• 5.3.2 切換函數與控制律的求取60-62
• 5.3.3 模糊變結構控制器的選取62-64
• 5.4 本章小結64-65
• 6 系統仿真分析65-76
• 6.1 模糊變結構跟蹤效果仿真66-69
• 6.1.1 PID對比控制策略參數的確定66
• 6.1.2 PID與模糊變結構跟蹤效果仿真比較66-69
• 6.2 PID與模糊變結構抗干擾能力仿真比較69-72
• 6.3 模糊變結構與經典變結構仿真比較72-75
• 6.4 本章小結75-76
• 7 總結與展望76-78
• 7.1 論文總結76
• 7.2 工作展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-83
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及取得的研究成果83

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 夏長亮;方紅偉;;永磁無刷直流電機及其控制[J];電工技術學報;2012年03期

2 肖雁鴻,葛召炎,周靖林,彭永進;全滑模變結構控制系統[J];電機與控制學報;2002年03期

3 廉明;富宏亞;;空間光通信鏈路模擬平臺控制系統[J];紅外與激光工程;2009年01期

4 胡國永;陳長纓;丁濤;盧尚才;葉曉健;;短距離無線激光通信系統波長選擇分析[J];暨南大學學報(自然科學與醫(yī)學版);2006年05期

5 劉琪;劉曉青;;正態(tài)云隸屬度函數確定的FSM方法[J];自動化儀表;2012年02期

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本文編號：730414