线振动台控制系统设计与研究

论文摘要

几乎所有惯性导航系统都要在它们的工作时间内承受很大的振动。由于飞行制导应用的性质,这些振动常常伴随着很高的持续加速度,正如火箭发射和返回时所出现的情况那样。线振动台是一种能够模拟高加速度环境的测试设备,可以用于摆式加速度计和陀螺加表的高阶误差项系数辨识研究。由于是测试系统模型的高阶误差项系数,要求线振动台能够提供高的加速度、高的幅值稳定度和高的频率稳定度,难度很大,目前国内还未进行相关研究,因此必须要解决执行装置、测量器件和控制技术在高加速度下应用问题。为此,我们展开了对低频线振动台关键技术的研究。本文就是对低频线振动台控制系统设计研究的初步实践总结。本文首先分析了低频线振动台系统的组成,对其主要部件的特点和工作原理进行了研究,并根据参数要求对主要部件进行了选型设计。直线永磁同步电机的数学模型是对低频线振动台系统进行控制的基础。首先研究了电机常用坐标系、各个坐标系的变换原则及各坐标系的变换公式,接着推导出永磁直线同步电机d-q轴模型及推力公式,然后分析了矢量控制的基本思想,并给出直线永磁同步电机的矢量控制方程。基于前面部分建立的数学模型,对低频线振动台系统进行基本控制系统设计。低频线振动台的基本控制系统是一个三环控制系统,依据系统指标,从内到外分别对电流环、速度环和位置环进行了控制器的设计,根据仿真图形可以看出,基本控制系统满足了设计指标要求。为提高系统对正弦输入信号的跟踪性能,本文提出了采用重复控制器减小系统跟踪误差的设计方法。首先分析了重复控制的基本思想,然后研究了重复控制器的结构,接着在基本控制系统的基础上插入了重复控制器,经分析可得,加入重复控制器后提高了系统对输入正弦信号的跟踪性能;最后对重复控制系统性能进行了分析,研究了重复控制器对系统跟踪性能、扰动抑制及鲁棒稳定性的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 国内外线振动台的发展
• 1.3 重复控制理论的发展及应用
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 线振动台系统及其主要部件选型设计
• 2.1 线振动台系统的构成
• 2.1.1 直线电机工作原理及其特点
• 2.1.2 光栅传感器
• 2.1.3 直线导轨
• 2.2 线振动台系统主要部件选型设计
• 2.2.1 直线电机的选型
• 2.2.2 测距元件的选取
• 2.2.3 直线导轨的选型
• 2.2.4 辅助系统设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 线振动台控制系统设计
• 3.1 直线永磁同步电机的数学模型及矢量控制
• 3.1.1 电机常用坐标系及其各坐标系间的变换
• 3.1.2 直线永磁同步电机d-q 轴数学模型
• 3.1.3 直线永磁同步电机的矢量控制
• 3.2 电流环设计
• 3.3 速度环设计
• 3.4 位置环的设计
• 3.5 周期性正弦输入信号下的系统特性
• 3.5.1 对正弦输入信号的跟踪性能
• 3.5.2 扰动抑制特性
• 3.6 本章小结
• 第4章 重复控制在线振动台控制系统中的应用
• 4.1 重复控制的基本思想
• 4.2 重复控制器的结构组成
• 4.3 线振动台系统的重复控制器设计
• 4.3.1 稳定性分析
• 4.3.2 低通滤波器Q（s） 的设计
• 4.3.3 动态补偿器B（s） 的设计
• 4.4 线振动台重复控制系统的性能分析
• 4.4.1 稳态跟踪性能
• 4.4.2 扰动抑制
• 4.4.3 鲁棒稳定性
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢