基于PMAC的三轴仿真转台系统研究

论文摘要

三轴转台作为航空航天领域中进行模拟、仿真、测试的关键设备,在飞行器的研制过程中起到重要作用。它可以真实地模拟飞行器在空中的各种飞行姿态,再现其运行时的动力学特征,从而对飞行器的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行模拟测试,获得试验数据,检验被测系统或部件是否达到飞行器总体设计的性能指标。三轴转台性能的优劣直接关系到仿真试验的可靠性和可信度,是保证航空航天型号产品和武器系统的精度和性能的基础。本文根据用户提出的转台电气系统的性能指标要求,设计了三轴试验转台。为了满足三轴转台高精度、快响应、宽调速和超低速的要求,设计了速度、位置双闭环的控制系统。完成了转台控制系统的伺服电机、伺服驱动器、运动控制卡等部件的选型和控制系统的搭建与调试。详细介绍了有关PMAC的使用,并结合实际情况对该设备控制器进行了PID参数整定。由于三轴转台框架间存在着动力学耦合,首先通过严密的数学推导给出了三轴转台的动力学模型,利用逆系统理论证明了三轴转台数学模型的可解耦性,并采用状态反馈和动态补偿的方法,将三轴转台数学模型转化为三个单输入单输出线性系统,并利用MATLAB对其进行数学仿真,从而实现对转台模型的解耦;设计干扰观测器来观测这种耦合信号,通过在控制器中加入补偿信号来补偿这一耦合信号,以减小它对系统的影响。最后运用PMAC编写了运动程序,使整个系统平稳运行,达到了设计的要求,并完善上位机界面控制程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外三轴转台的发展状况
• 1.3 转台伺服控制系统研究的主要问题
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 三轴仿真转台总体方案
• 2.1 仿真转台整体结构组成
• 2.1.1 台体基本结构
• 2.1.2 框架的基本结构
• 2.1.3 控制柜的组成
• 2.2 伺服系统元件的选择
• 2.2.1 运动控制器选型
• 2.2.2 测角元件的选取
• 2.2.3 伺服电机的选取
• 2.2.4 伺服驱动器的选取
• 2.3 三轴转台的工作原理及电机的数学模型
• 2.3.1 三轴转台的工作原理
• 2.3.2 仿真转台的运动分析
• 2.3.3 直流电机的数学模型
• 2.3.4 转台伺服系统的运动性能指标
• 2.4 本章小结
• 第3章 三轴转台伺服控制器参数整定
• 3.1 PMAC控制卡
• 3.1.1 PMAC与主机的连接
• 3.1.2 PMAC与系统的连接
• 3.2 PID控制器介绍
• 3.2.1 PID控制原理
• 3.2.2 PID参数的自适应调整
• 3.2.3 试凑法
• 3.3 PMAC控制卡PID整定
• 3.3.1 PMAC控制卡PID调节原理
• 3.3.2 PMAC控制卡PID参数调节
• 3.4 驱动器PID参数整定
• 3.5 本章小结
• 第4章 三轴仿真转台各框架间耦合问题研究
• 4.1 仿真转台的数学模型
• 4.2 三轴转台的动力学耦合方程
• 4.3 三轴转台的解耦设计
• 4.3.1 解耦定理与逆系统方法
• 4.3.2 三轴转台的解耦设计
• 4.4 三轴转台干扰观测器设计
• 4.4.1 干扰观测器设计原理
• 4.4.2 三轴转台干扰观测器仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 软件控制部分的研究
• 5.1 PMAC多轴运动控制卡软件系统
• 5.1.1 运动控制卡的软件组成
• 5.1.2 PMAC运动程序的编写
• 5.2 转台上位机控制软件的主要功能及其界面
• 5.3 软件流程图
• 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