大射电望远镜悬索馈源定位系统的控制策略及相关硬件平台的研究与实现

论文摘要

本文在全面深入了解大射电望远镜FAST光机电一体化创新设计方案的设计思想和技术指标的基础上，结合50米模型的工程实践，重点研究了两个问题：1．提出了基于非线性跟踪微分器的插值模糊控制算法（TDIFLC），讨论其在大射电望远镜悬索馈源定位外环控制系统中的应用；2．应用FPGA／CPLD技术完成悬索馈源定位系统中外环控制系统的基于ISA总线的联动伺服控制卡的设计与实现。具体内容包括： 针对悬索馈源系统为—非线性、时变、大滞后、多变量耦合系统，精确的数学模型难以建立，采用经典控制理论与现代控制理论进行系统的分析和设计比较困难，甚至无法获得比较理想的运行效果。因此本文采用了一种具有高控制精度的模糊控制算法—基于非线性跟踪微分器的插值模糊控制算法（TDIFLC），对其控制策略进行研究，并以悬索馈源外环控制系统为控制对象，对其进行分析和数值仿真，其结果证明了此种控制算法的可行性和高效性，并且结构简单，易于工程实现。 为了实现悬索馈源系统的精确定位，应用FPGA／CPLD技术设计和实现了联动伺服控制卡。采用了数字系统的自顶向下的设计方法，选用了Altera FPGA系列器件和MAX+plusⅡ软件设计平台。在文中，给出了设计和实现的方法，并且通过软件仿真和试验验证，其结果满足精度要求，而且具有较高的可靠性，比较简洁的结构，更具有功能可扩展的灵活性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 大射电望远镜FAST背景介绍
• 1.1.2 模糊控制技术
• 1.1.3 FPGA／CPLD技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容及章节安排
• 第二章 模糊控制理论
• 2.1 模糊控制技术简介
• 2.2 模糊控制器
• 2.2.1 模糊控制器
• 2.2.2 模糊控制器的分类
• 2.3 模糊控制与经典PID控制的比较
• 2.4 隶属函数
• 2.4.1 隶属函数的定义
• 2.4.2 常用的隶属函数
• 2.5 模糊推理
• 2.6 本章小结
• 第三章 模糊控制理论在大射电望远镜悬索馈源定位系统中的应用
• 3.1 基于非线性跟踪微分器的插值模糊控制算法（TDIFLC）
• 3.1.1 传统的查找表算法
• 3.1.2 基于插值的模糊控制算法（IFLC）
• 3.1.3 基于非线性跟踪微分器的插值模糊控制算法（TDIFLC）
• 3.2 TDIFLC在大射电望远镜悬索馈源定位系统中的应用
• 3.2.1 悬索馈源轨迹跟踪控制策略
• 3.2.2 基于TDIFLC的控制策略
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.2.4 结论
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于ISA总线的可编程逻辑技术及应用
• 4.1 ISA总线研究与应用
• 4.1.1 PC／XT引脚及功能
• 4.1.2 PC／XT总线时序
• 4.2 Altera FLEX6000系列器件简介
• 4.2.1 CPLD／FPGA的比较与选择
• 4.2.2 FLEX6000系列器件特点
• 4.2.3 FLEX6000系列器件功能描述
• 4.3 MAX+plusⅡ开发环境简介
• 4.4 数字电路设计中竞争与冒险带来的问题与解决办法
• 4.4.1 FPGA中的冒险现象
• 4.4.2 消除毛刺的一般方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于ISA总线的八轴联动伺服控制卡的FPGA设计与实现
• 5.1 总体设计方案
• 5.2 伺服控制卡功能的研究与设计
• 5.3 FPGA单元的逻辑功能设计
• 5.3.1 地址译码单元
• 5.3.2 输出接口单元
• 5.3.3 输入接口单元
• 5.3.4 FPGA整体逻辑电路
• 5.4 FPGA的仿真及结果分析
• 5.5 FPGA器件的选择与配置
• 5.5.1 FPGA／CPLD器件的比较
• 5.5.2 器件的选择
• 5.5.3 器件的烧写与配置
• 5.6 伺服控制卡的实验测试
• 5.7 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 FAST控制系统设计研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果