转塔跟踪伺服系统的设计与特性仿真

论文摘要

现代科技发展突飞猛进,以交流伺服电动机为执行元件的交流伺服驱动系统得到了广泛应用。交流伺服系统具有体积小、过载能力强、输出转矩大、不存在电刷磨损、无需经常维修等优点,因此交流伺服驱动已成为现代伺服驱动发展的方向。本文以转塔跟踪伺服系统设计为研究背景,首先介绍了该数字伺服系统的总体设计方案,包括系统的技术指标、组成、工作原理、关键技术及难点。根据系统的技术指标要求确定了系统采用的驱动方案,通过计算确定了系统的执行元件、测量元件以及相应的采集卡,特别对所选择的电机进行了功率校验计算。通过研究分析转塔系统的组成,建立了转塔俯仰、方位跟踪伺服系统的数学模型,并通过机理分析和实验的方法确定了数字模型的相关参数。另外还对转塔跟踪系统的俯仰、方位两个自由度的耦合动力学特性进行了分析和仿真,结果表明其相互的影响可以忽略。本文特别对转塔系统的控制算法作了深入的研究,介绍了经典PID控制算法并对采用经典PID算法的转塔系统进行了仿真研究,通过仿真曲线可以看出,采用经典PID控制时系统的精度和性能不能满足系统的指标要求。为此研究了转塔系统智能PID控制算法,并针对系统的实际情况引入前馈补偿控制。仿真结果表明采用智能PID和前馈补偿的复合控制方法能够获得很好的控制效果,满足系统的技术指标要求。由于智能PID参数的整定需要具有专家经验,一般采用试凑的方法,因此本文设计了基于LMI参数整定的PID控制算法,在不同程度上实现了PID参数的自整定。另外,本文设计了基于PC/104总线的转塔计算机伺服系统硬件方案,研究了信号调理、信号隔离以及通讯接口硬件模块的功能以及特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 交流伺服系统发展现状
• 1.3 转塔伺服系统概述
• 1.3.1 转塔伺服系统的特点
• 1.3.2 系统的工作原理
• 1.3.3 系统采用的关键技术
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 转塔系统的总体设计及数学建模
• 2.1 系统的总体方案
• 2.1.1 系统设计要求
• 2.1.2 系统的组成及工作原理
• 2.1.3 系统技术指标
• 2.2 系统的选型
• 2.2.1 执行元件的选择
• 2.2.2 测量元件
• 2.2.3 数据采集板
• 2.3 系统建模
• 2.3.1 建模基本方法
• 2.3.2 系统模型建立
• 2.3.3 模型参数的确定
• 2.4 系统耦合动力学研究
• 2.4.1 俯仰运动对方位运动的影响
• 2.4.2 方位运动对俯仰运动的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 转塔系统的控制技术研究
• 3.1 经典PID控制算法
• 3.1.1 PID控制器原理
• 3.1.2 仿真分析
• 3.2 智能PID控制过程分析
• 3.2.1 PID控制器的数学表达式
• 3.2.2 控制过程分析
• 3.2.3 智能控制器特征变量
• 3.3 智能PID控制算法分析
• 3.3.1 智能调节器控制参数的调整思想
• 3.3.2 智能PID控制器基础算法
• 3.3.3 复合控制的应用
• 3.3.4 仿真结果
• 3.4 基于LMI的PID参数整定
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 PID参数整定在本系统中的应用
• 3.5 本章小结
• 第4章 转塔伺服系统的硬件实现
• 4.1 硬件总体设计方案
• 4.2 PC/104计算机
• 4.3 信号调理板
• 4.4 模拟、数字信号的隔离
• 4.4.1 模拟信号隔离
• 4.4.2 数字信号隔离
• 4.5 通讯接口研究
• 4.5.1 系统与火控平台的CAN通讯
• 4.5.2 系统与雷达的232串口通讯
• 4.5.3 调试阶段系统与检测计算机的CAN通讯
• 4.6 电源系统设计
• 4.7 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