本文關(guān)鍵詞：機載激光通信終端的變結(jié)構(gòu)控制方法研究

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【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(lǐng)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(yù)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(chǔ)上。在PAT過程中采用變結(jié)構(gòu)控制是一種很好的策略。本文主要工作是對變結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)控制進行仿真對比。實驗表明,PAT過程采用模糊變結(jié)構(gòu)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(fù)合軸控制的優(yōu)勢與必要性,在此基礎(chǔ)上介紹了粗跟蹤平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型;之后從理論上詳細介紹、分析了變結(jié)構(gòu)的控制特點與設(shè)計步驟,并通過理論驗證與仿真演示深入說明了變結(jié)構(gòu)控制中精度與魯棒性之間的矛盾,以及在控制律設(shè)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(shè)計思路的基礎(chǔ)上,將切換函數(shù)作為輸入、切換增益作為輸出,設(shè)計模糊控制器,通過對隸屬函數(shù)的優(yōu)化,推理規(guī)則的提煉簡化,設(shè)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(jié)構(gòu)控制器。之后,根據(jù)系統(tǒng)特點與激光通信對粗跟蹤系統(tǒng)的需求,對粗跟蹤系統(tǒng)的每一環(huán),按照期望的性能需求,進行設(shè)計與校正,并將其作為后一環(huán)的被控環(huán)節(jié),達到將復(fù)雜的PAT控制結(jié)構(gòu)進行合理簡化的目的。最后對關(guān)鍵的位置環(huán),采用經(jīng)過改進的模糊變結(jié)構(gòu)控制,使得被控系統(tǒng)能夠利用變結(jié)構(gòu)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(nèi)的系統(tǒng)自身參數(shù)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(jīng)典變結(jié)構(gòu)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(shù)經(jīng)過優(yōu)化的經(jīng)典PID控制進行對比,證明了模糊變結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的魯棒性、控制精度與響應(yīng)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(tǒng)的要求。之后與經(jīng)典變結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)構(gòu)擁有經(jīng)典變結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)異性能。
【關(guān)鍵詞】：機載激光通信 PAT粗跟蹤 模糊變結(jié)構(gòu) 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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)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(nèi)容16-18
• 2 PAT伺服系統(tǒng)及其數(shù)學模型18-26
• 2.1 PAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能要求18-20
• 2.1.1 PAT系統(tǒng)組成與功能簡介18-19
• 2.1.2 PAT系統(tǒng)性能分析19-20
• 2.2 PAT系統(tǒng)粗、精復(fù)合軸控制技術(shù)20-21
• 2.3 PAT系統(tǒng)粗跟蹤單元數(shù)學模型21-25
• 2.3.1 伺服系統(tǒng)動力方程21-23
• 2.3.2 執(zhí)行電機數(shù)學模型23-24
• 2.3.3 PWM模塊模型24
• 2.3.4 系統(tǒng)檢測變換元器件模型24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 變結(jié)構(gòu)控制理論26-45
• 3.1 變結(jié)構(gòu)控制基本原理26-29
• 3.2 變結(jié)構(gòu)控制的基本性質(zhì)29-32
• 3.2.1 變結(jié)構(gòu)控制的存在條件29
• 3.2.2 變結(jié)構(gòu)控制到達條件29
• 3.2.3 變結(jié)構(gòu)控制的不變性29-31
• 3.2.4 變結(jié)構(gòu)控制動態(tài)品質(zhì)31-32
• 3.3 變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計方法32-34
• 3.3.1 切換函數(shù)設(shè)計33-34
• 3.3.2 控制律的設(shè)計34
• 3.4 變結(jié)構(gòu)控制穩(wěn)定性分析34-35
• 3.5 變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振問題分析35-40
• 3.5.1 抖振產(chǎn)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(shù)的控制效果仿真42-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 4 模糊控制理論與研究45-53
• 4.1 模糊控制的數(shù)學基礎(chǔ)45-47
• 4.1.1 模糊集合45-46
• 4.1.2 隸屬函數(shù)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(jié)構(gòu)控制器分析與設(shè)計48-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 基于模糊變結(jié)構(gòu)的PAT粗跟蹤伺服系統(tǒng)研究53-65
• 5.1 PAT粗跟蹤伺服系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)與控制律的求取60-62
• 5.3.3 模糊變結(jié)構(gòu)控制器的選取62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 6 系統(tǒng)仿真分析65-76
• 6.1 模糊變結(jié)構(gòu)跟蹤效果仿真66-69
• 6.1.1 PID對比控制策略參數(shù)的確定66
• 6.1.2 PID與模糊變結(jié)構(gòu)跟蹤效果仿真比較66-69
• 6.2 PID與模糊變結(jié)構(gòu)抗干擾能力仿真比較69-72
• 6.3 模糊變結(jié)構(gòu)與經(jīng)典變結(jié)構(gòu)仿真比較72-75
• 6.4 本章小結(jié)75-76
• 7 總結(jié)與展望76-78
• 7.1 論文總結(jié)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(shù)論文及取得的研究成果83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：730414