基于变结构控制策略的舰载光电稳定平台控制系统研究

论文摘要

舰载光电稳定平台是舰载武器系统的关键部件之一,其性能的好坏直接关系到武器系统的精度和可靠性,在国防建设中具有重要的意义。本文针对一类舰载光电稳定平台,对其稳定伺服控制技术进行了深入的研究。通过对光电稳定系统的分析,建立了整个平台稳定回路的数学模型。通过对传统的单闭环校正控制策略进行分析和仿真,可以看到这种控制器虽然有较好的动态性能,但其抗干扰能力有所不足。为克服干扰影响,提高稳定精度,提出了采用速率负反馈的双环控制方法,将干扰包含在速度内环。仿真结果表明,双环控制能够有效达到抗干扰的目的。作为进一步提高稳定系统性能的探讨,针对传统校正控制器不能有效克服系统模型参数的变化和不确定性的影响,而滑模变结构控制与系统的参数及扰动无关,具有良好的鲁棒性。因此对滑模变结构控制在稳定控制系统中的应用进行了研究,采用指数趋近律策略对滑模变结构控制进行了设计。为消除滑模变结构控制的抖振现象,在指数趋近率的基础上引入边界层概念,取得了良好的控制效果。同时,本文对稳定平台控制系统进行了软硬件设计,硬件部分以美国德州仪器公司的DSP芯片TMS320F2407A为核心,介绍了它的外部电路硬件接口和工作原理。最后讨论了软件实现问题,给出了程序的流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 稳定平台研究现状
• 1.2.2 变结构控制的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 稳定平台伺服系统模型与分析
• 2.1 系统组成
• 2.2 双轴稳定平台隔离载体角运动分析
• 2.3 平台控制系统数学模型
• 2.3.1 力矩电机动态模型
• 2.3.2 速率陀螺动态模型
• 2.3.3 前置放大电路
• 2.3.4 全波相敏解调和低通滤波
• 2.3.5 PWM信号产生与功率放大电路
• 2.3.6 平台稳定回路的数学模型
• 2.4 系统总体精度分析和性能要求
• 2.4.1 系统总体精度分析
• 2.4.2 性能要求
• 2.5 本章小结
• 第3章 稳定平台的PID控制
• 3.1 经典PID控制规律
• 3.2 稳定回路单闭环系统分析
• 3.2.1 单闭环控制系统分析
• 3.2.2 单闭环控制的设计与仿真
• 3.3 引入转速负反馈的双闭环控制
• 3.3.1 双闭环控制系统分析
• 3.3.2 双闭环控制系统的设计与仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 光电稳定平台的变结构控制
• 4.1 滑模变结构控制的基础理论
• 4.1.1 滑动模态定义及数学表达
• 4.1.2 滑模变结构控制的定义
• 4.2 滑模变结构控制的基本原理及性质
• 4.2.1 滑动模态的存在条件
• 4.2.2 滑动模态的可达性条件
• 4.2.3 滑动模态的稳定性
• 4.2.4 滑模变结构控制系统的动态品质要求
• 4.3 滑模变结构控制的基本设计方法
• 4.3.1 设计切换函数
• 4.3.2 求取滑动模态控制律
• 4.4 光电稳定平台的变结构控制
• 4.4.1 基于指数趋近律的控制器设计
• 4.4.2 平台变结构控制仿真
• 4.4.3 滑模变结构控制中的抖振分析
• 4.4.4 边界层准滑模变结构控制在平台控制中的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 控制系统的硬件及软件设计
• 5.1 控制系统硬件原理及组成
• 5.2 TMS320F2407A及其外围电路
• 5.2.1 时钟电路
• 5.2.2 复位电路
• 5.2.3 A/D通路电路
• 5.2.4 存储器扩展
• 5.2.5 串口通讯电路
• 5.2.6 JTAG接口电路
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 主程序结构
• 5.3.2 外部中断子程序
• 5.3.3 PWM信号的产生
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录