船用稳定跟踪平台控制技术的研究

论文摘要

船舶在海面上航行时,会受到海浪、海风等各种海洋扰动的作用,这将会影响到舰载武器及一些精密仪器的稳定性。船用稳定跟踪平台能够不断的测量平台的姿态和位置的变化,使舰船航行时能够隔离各种扰动对船体的影响,从而使平台上的设备能够准确、快速的跟踪目标。近几年来,船用稳定跟踪平台在军用、民用上发展十分迅速。本文以四轴稳定跟踪平台控制系统为背景,着重讨论了伺服系统的控制结构、信号的滤波方式及控制算法。本论文主要对以下几个方面进行了研究:首先,对四轴稳定跟踪平台的总体方案进行了分析,确定了四轴稳定跟踪平台的机械结构和伺服控制系统的设计方案,对伺服控制系统的硬件选取准则进行了讨论,并最终确定了各个组成部件。其次,对稳定跟踪平台的双轴稳定平台的隔离载体角运动方程进行了分析。建立单轴系统的数学模型,确定控制系统采用的速度环和位置环的双闭环结构,并对其进行了设计与分析。再次,对控制信号的去噪方法进行了分析,在小波阈值去噪的方法上进行了进一步的研究。通过对小波函数、阈值函数、阈值准则的正确选取,能够更好的进行GPS信号的小波去噪。最后,在已经建立的伺服控制系统模型的基础上,对控制算法进行了研究。介绍了PID控制算法和广义预测控制算法,并应用Matlab7.0进行仿真,从而选出广义预测控制算法更适合稳定跟踪平台系统模型发生改变的要求。在选定硬件的基础上,利用四轴稳定跟踪平台进行了半物理仿真实验,应用广义预测理论对船舶姿态进行了预测仿真,并进行了误差分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外相关领域的研究现状
• 1.3 本论文的相关技术简述
• 1.3.1 小波滤波技术
• 1.3.2 预测控制技术
• 1.4 本论文的研究内容
• 第2章 稳定跟踪平台的总体设计
• 2.1 稳定跟踪平台的性能指标及功能
• 2.1.1 稳定跟踪平台的性能指标
• 2.1.2 船用稳定跟踪平台的功能
• 2.2 平台稳定原理及机械结构
• 2.2.1 船用稳定跟踪平台的稳定原理
• 2.2.2 船用稳定跟踪平台的机械结构
• 2.3 稳定跟踪平台系统控制方案设计
• 2.4 稳定跟踪平台控制系统的器件选取准则及组成
• 2.4.1 信息处理系统元件的选择
• 2.4.2 姿态信息采集系统元件的选择
• 2.4.3 姿态信息反馈系统元件的选择
• 2.4.4 驱动系统元件的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 稳定跟踪平台控制系统分析及建模
• 3.1 双轴稳定平台隔离载体角运动原理分析
• 3.1.1 双轴稳定平台隔离载体角运动原理分析
• 3.1.2 双轴稳定平台的空间坐标系及相关参数
• 3.1.3 移动载体的隔离方程
• 3.2 稳定跟踪平台控制系统数学模型设计与分析
• 3.2.1 直流力矩电机的数学模型
• 3.2.2 速度环的设计与分析
• 3.2.3 位置环的设计目标与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 滤波算法的研究及GPS信号的去噪
• 4.1 常用去噪方法的缺点
• 4.2 小波分析的理论基础
• 4.2.1 小波函数的定义
• 4.2.2 小波变换
• 4.2.3 多分辨率分析及其Mallat算法
• 0,K的求法'>4.2.4 初始系数C_0,K的求法
• 4.3 小波域滤波方法的分析
• 4.3.1 基于小波变换的信号去噪滤波方法
• 4.3.2 三种小波域滤波方法的分析与比较
• 4.4 小波阈值去噪方法分析及改进
• 4.4.1 小波阈值去噪的原理
• 4.4.2 阈值准则及阈值函数的选取
• 4.4.3 仿真实验
• 4.5 GPS信号的小波阈值去噪
• 4.5.1 GPS信号的主要误差分析
• 4.5.2 GPS信号的小波去噪过程
• 4.5.3 试验分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制算法的分析及仿真
• 5.1 PID算法原理及仿真
• 5.1.1 PID算法原理
• 5.1.2 PID算法仿真
• 5.2 广义预测控制原理及仿真
• 5.2.1 广义预测控制算法原理
• 5.2.2 广义预测控制算法仿真
• 5.3 控制算法的选取
• 5.4 半物理仿真实验
• 5.4.1 总体方案
• 5.4.2 软件控制部分设计
• 5.4.3 预测仿真
• 5.4.4 仿真结果分析
• 5.5 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