论文题目: 高精度快速非陀螺寻北系统速度稳定性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 赵岩
导师: 陈涛
关键词: 非陀螺寻北,稳速,锁相,增益自适应,双模控制,变参数软件锁相环
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 军事应用领域中,如机动发射的导弹武器系统及移动飞行器外弹道测量系统都存在着自主定位定向问题,这一问题的关键有三个:一是自主方式;二是定位定向作业时间要快;三是定位定向精度要高。非陀螺寻北系统摒弃了昂贵的陀螺,从而使制造成本大为下降。将加速度计应用于寻北系统,使整体设备具有操作简单、快速、定向精度高、价格便宜等特点,是其他定向方法所不及的。速度稳定性控制被称为制约非陀螺寻北系统发展的瓶颈。所以,研究高精度速度稳定性控制,对高精度、快速非陀螺寻北系统的研制,及其他需要速度稳定性控制的系统,具有重要的意义。本文以非陀螺寻北系统为研究对象,针对系统需要高精度的速度稳定问题,从理论和实践上进行了一系列的分析和研究,设计并实现了变参数软件锁相环速度控制系统和基于DSP 的光栅盘T 法测速,并在空载转速为7970rpm 的直流电机上验证了上述方法的有效性。首先对非陀螺寻北系统的工作机理进行了详细的分析,讨论了影响寻北系统稳定的误差因素,并对其进行了有效的补偿。指出速度稳定控制的必要性。在此基础上,对影响系统速度稳定性的因素进行了分析。根据寻北指标(定向时间小于5 min、定向精度为10″~15″)的要求,对系统进行了仿真研究,得出了适合系统需要的稳速指标。并针对高精度速度稳定控制需要,提出了两种新颖的速度稳定性检测方案—基于数字化高速处理器(如:DSP)的光栅盘测速和用线性加速度计完成对电机转速及转速误差的测量,并针对实际系统模型的特点,对基于DSP 的光栅盘T 法测速进行了实验研究。针对系统需要高精度速度稳定性控制的特点,确定采用速度锁相方法进行控制。并针对常用的速度锁相控制方法存在动态响应慢、抗干扰能力差及锁相范围窄等不足,结合双模控制与增益自适应控制的优点,设计了变参数软件锁相环速度控制系统,并对系统的实现方法进行了详细的研究与仿真分析。最后进行了模型样机速度稳定性能测试与实验研究。采用本文提出的基于DSP 的光栅盘T 法测速与变参数软件锁相环控制系统相结合的方法,对电机的稳速精度、速度稳定性、重复性、稳速范围,及低温情况对速度稳定性的影响等进行了测试,并通过与传统的PID 控制结果及常用的速度锁相控制方法进行的实验对比,验证了本文提出的速度控制及检测方法的可行性和有效性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
图表索引
第一章 绪论
1.1 寻北系统
1.2 国内外惯性寻北系统的研究现状及发展趋势
1.2.1 惯性寻北系统的研究现状
1.2.2 发展趋势
1.3 非陀螺寻北系统中的速度稳定问题
1.3.1 非陀螺寻北系统中的瓶颈效应
1.3.2 速度稳定的控制方法
1.3.3 高精度的速度稳定控制—锁相环路
1.3.4 常用的稳速性能检测方法
1.4 论文主要研究内容
第二章 高精度快速非陀螺寻北系统稳定性能分析
2.1 引言
2.2 基于哥氏效应的非陀螺寻北系统的定向机理
2.3 影响寻北系统稳定的误差及其补偿
2.3.1 误差分析
2.3.2 速度稳定性研究的必要性及对寻北误差的补偿
2.3.3 滤波补偿技术
2.4 影响系统速度稳定性的因素分析
2.4.1 摩擦波动
2.4.2 负载扰动
2.4.3 力矩波动
2.4.4 温度的影响
2.4.5 其他因素对系统速度稳定性的影响
2.5 本章小结
第三章 寻北系统速度稳定性指标的标定与检测
3.1 引言
3.2 稳速精度的评价方法及速度稳定指标的确定
3.2.1 速度稳定精度的评价方法
3.2.2 速度稳定精度指标的确定
3.2.3 速度稳定范围的确定
3.3 新型速度检测方案的设计
3.3.1 速度检测装置的选择及误差分析
3.3.2 基于数字化高速处理器(如:DSP)的光栅盘测速方法
3.3.3 用线性加速度计完成对电机转速及转速误差的测量
3.4 基于DSP 的速度稳定性检测方案的实现
3.4.1 常用位置差分法的实现
3.4.2 基于光栅盘的T 法测速的实现
3.5 本章小结
第四章 寻北速度稳定锁相环控制系统设计与研究
4.1 引言
4.2 基于DSP 的直流电机PWM 调速系统设计
4.3 直流电机速度锁相控制
4.3.1 速度锁相控制原理
4.3.2 鉴频鉴相器存在的问题
4.3.3 实用的直流电机速度锁相控制系统设计
4.4 改进型锁相控制系统的设计
4.4.1 变参数软件锁相环转速控制原理
4.4.2 变参数软件锁相环控制系统的设计
4.4.3 系统的主要性能分析
4.5 变参数软件锁相环转速控制系统的实现
4.5.1 数字速度指令给定系统
4.5.2 比例环节、积分环节和重积分环节的软件实现
4.5.3 偏差信号的精度分析
4.6 锁相伺服系统性能检测方法的设计
4.7 仿真示例及分析
4.7.1 变参数软件锁相环控制方法对系统动态响应的补偿
4.7.2 变参数软件锁相环控制方法对负载扰动的补偿
4.8 本章小结
第五章 模型样机速度稳定性能测试与实验研究
5.1 引言
5.2 速度稳定性控制的硬件环境
5.2.1 寻北系统的组成
5.2.2 模型样机速度稳定性控制硬件系统的设计
5.3 速度稳定性控制系统的软件分析
5.4 主要性能测试
5.4.1 时间常数T_m 、T_e 测试
5.4.2 最高转速测试
5.4.3 开环速度误差测试
5.5 实验研究
5.5.1 速度稳定精度测试
5.5.2 速度稳定性测试
5.5.3 速度重复性测试
5.5.4 稳速范围测试
5.5.5 温度对速度稳定性的影响
5.5.6 PID 控制+M 法测速对系统稳速精度的影响
5.5.7 变参数软件锁相环的动态响应测试
5.5.8 变参数软件锁相环的抗干扰性能测试
5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和科研成果
致谢
博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
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