三自由度激光链路模拟平台的控制研究

论文摘要

惯性系统在航空、航天和航海领域中占有举足轻重的地位。随着惯性元件和惯性系统的精度不断提高,对其测试设备的要求也越来越高。测试转台是惯性导航系统和惯性元件研制过程中必须的重要设备,它的性能指标直接影响到空间飞行器和运载体的控制和导航的精度。因此,研制高精度、高可靠性的惯性测试设备,对于我国航空、航天工业的发展有着重要的意义。本论文以三自由度激光链路模拟平台研制为背景,采用“NC嵌入PC”的开放式控制系统,选用Turbo PMAC作为运动控制器,嵌入到上位工业PC机内,并与直流力矩电机及其驱动器、交流伺服电机、伺服驱动器、光电编码器等部件搭建具有全闭环控制功能的三自由度模拟平台控制系统。根据控制系统功能需要开发了控制系统应用软件,主要包括主控制界面、信号测试界面、PID参数调试界面、微动控制界面、数据采集界面5个界面,以实现故障诊断、参数输入、工作状态的监视和显示、数据采集和人机交互等功能;还对基于双端口RAM的高速数据采集技术进行了研究,为控制系统后续分析提供了可靠保障。根据设计任务书技术指标要求制定控制系统实验方案,从运动范围和角位置精度、最大速度和最大加速度、双十指标、动态跟踪性能、低速性能五个方面展开了实验方案。实验表明,所研制的控制系统各项技术指标均达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外转台的研究现状
• 1.2.1 国外转台的发展概况
• 1.2.2 国内转台的发展概况
• 1.3 转台研制中的主要问题
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 模拟平台控制系统硬件实现
• 2.1 模拟平台控制系统介绍
• 2.1.1 控制系统组成
• 2.1.2 控制系统结构
• 2.2 模拟平台控制系统数学模型
• 2.2.1 直流力矩电机数学模型
• 2.2.2 Turbo PMAC的控制算法
• 2.2.3 模拟平台控制系统数学模型
• 2.3 控制系统元器件选择
• 2.4 集成电路板设计
• 2.4.1 测速保护电路设计
• 2.4.2 拓展I/O电路设计
• 2.5 电气连线
• 2.5.1 布线
• 2.5.2 屏蔽技术
• 2.5.3 接地技术
• 2.6 本章小结
• 第3章 模拟平台控制系统软件设计
• 3.1 PMAC开发介绍
• 3.1.1 PMAC变量
• 3.1.2 PMAC的通讯方式
• 3.2 软件设计
• 3.2.1 主控制界面
• 3.2.2 信号测试界面
• 3.2.3 PID参数调试界面
• 3.2.4 微动控制界面
• 3.2.5 数据采集界面
• 3.3 数据高速采集技术
• 3.3.1 双端口RAM技术
• 3.3.2 数据采集程序设计
• 3.4 系统安全软件保护设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 模拟平台控制系统实验
• 4.1 模拟平台技术指标分析
• 4.2 模拟平台控制系统测试实验
• 4.2.1 运动范围及角位置精度测试实验
• 4.2.2 最大速度与最大加速度测试实验
• 4.2.3 双十指标测试实验
• 4.2.4 动态跟踪性能测试实验
• 4.2.5 低速性能测试实验
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢