论文摘要
随着现代战争模式的变化及军事科学技术的发展,对火箭炮提出了更高的要求,需要提高火箭武器系统射击准确度。为了适应防空火箭炮的发展要求,本文结合某集束防空火箭炮伺服系统的研制,研究高性能的火箭炮交流位置伺服系统,有效地提高了火箭炮的射击精度,满足了火箭炮交流位置伺服系统在模型参数摄动和强外干扰等情况下的调炮精度和跟踪精度要求,具有重要的理论价值和现实意义。详细分析了永磁同步电动机的数学模型,建立了集束防空火箭炮交流伺服系统被控对象的数学模型,研究了交流伺服系统的主要控制策略。对系统的控制器设计进行了深入的分析,并且对系统进行了常规PID控制策略的仿真,结果表明系统在参数匹配良好的条件下可以取得良好的性能,一旦系统的参数发生变化或受到外界干扰的影响,都会导致系统性能变差。因此,研究新型控制策略是非常必要的。针对集束防空火箭炮位置伺服系统具有参数和负载变化大、冲击扰动力矩大的特点,经典PID控制不能满足其位置控制的高精度要求,提出了一种二自由度PID控制方法;所设计的二自由度PID控制器,仅有两个可调参数,系统的动态性能与控制器参数直接相关,可以分别调整位置跟随性能和抗干扰性能。理论分析、仿真及实验结果表明,该控制器可以使系统同时具有良好的位置跟随性能、抗干扰性能,系统具有较强的鲁棒性;而且设计方法简单,参数调整方便,控制器容易实现,能够满足高性能交流伺服系统的要求。H_∞鲁棒控制方法是近年来非常有效地应用于系统鲁棒稳定、参数摄动及干扰抑制的自动控制理论,现已成功应用于许多场合。考虑到集束防空火箭炮位置伺服系统的特点,针对受控对象本身会出现参数摄动及存在外部干扰的现象,为了实现交流位置伺服系统的高精度位置控制,提出了一种鲁棒控制策略,以抑制各种不确定因素对受控对象的影响,增强系统的鲁棒性;同时结合最优控制理论,引入了最优控制器,其目的是满足系统的跟随特性。仿真结果表明,这种控制策略既可以满足伺服系统的跟随特性,又可以有效地抑制干扰。采用这种方法后,系统的精度较高、鲁棒性强,具有实际应用前景。将模糊控制和滑模变结构相结合,提出了一种模糊滑模控制器,其中滑模控制用来克服系统模型不精确和扰动的影响,而模糊控制用来实时估计系统不确定量的边界值以削弱抖动,充分发挥二者的优点。将此控制器分别应用于速度环和位置环,仿真结果表明,模糊滑模控制能够有效地削弱传统滑模控制的“抖动”现象,而且在一定条件下具有较强的鲁棒性。研究滑模变结构控制与神经网络的结合,以使系统在保持对模型参数摄动和外部干扰强鲁棒性的同时,尽量减弱抖振现象。仿真结果表明,该控制策略不但有效地降低了系统的静态误差,同时使系统对模型参数摄动及外部干扰具有较强的鲁棒性,可以满足系统的性能指标要求,且此方法具有结构简单和易于实现等优点。最后对系统进行了样机实验研究,针对位置伺服系统进行了经典PID控制和内模控制实验,通过实验研究不仅有效证实了系统设计指标的实现,同时证实了系统设计方案的正确性以及控制算法的有效性,为系统的进一步研制提供了指导。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 课题的研究背景及其意义1.2 国内外的发展现状与趋势1.2.1 交流伺服系统发展及其应用1.2.2 国内外火炮伺服控制研究现状及发展趋势1.3 自动控制理论发展简介及在伺服系统中的应用1.3.1 经典控制理论1.3.2 现代控制理论1.3.3 智能控制理论1.4 论文的研究内容1.5 本论文各章内容安排1.6 本章小结2 交流位置伺服系统概述2.1 引言2.2 交流伺服系统的工作原理2.3 永磁同步电动机的数学模型2.4 集束防空火箭炮交流位置伺服被控对象数学模型推导2.5 交流伺服系统的主要控制策略2.5.1 基于磁场定向的交流永磁伺服电动机的矢量控制模型2.5.2 交流伺服系统的主要控制策略2.6 交流伺服系统传统PID控制器的设计2.6.1 电流环PI综合设计2.6.2 速度环PI综合设计2.6.3 位置环控制2.7 仿真结果2.8 本章小结3 集束防空火箭炮位置伺服系统内模控制3.1 引言3.2 内模控制原理3.2.1 内模控制特性3.2.2 稳定内模控制器的设计3.2.3 滤波器设计3.2.4 鲁棒性问题3.3 位置伺服系统内模控制器的设计3.4 仿真实验3.5 本章小结4 集束防空火箭炮位置伺服系统最优鲁棒控制4.1 引言∞最优控制的基本理论'>4.2 H∞最优控制的基本理论∞最优控制的基本思想'>4.2.1 H∞最优控制的基本思想∞标准设计问题'>4.2.2 H∞标准设计问题∞性能指标'>4.3 H∞性能指标∞性能指标'>4.4 鲁棒稳定性问题H∞性能指标∞性能指标'>4.5 干扰抑制问题和H∞性能指标4.6 线性二次型最优控制4.6.1 最优控制4.6.2 线性二次型最优控制器设计4.7 鲁棒最优控制器设计∞控制理论'>4.7.1 H∞控制理论4.7.2 鲁棒最优控制器结构4.7.3 鲁棒控制器设计4.7.4 最优控制器设计4.7.5 鲁棒最优控制器设计4.8 仿真研究4.9 本章小结5 自适应模糊滑模变结构控制研究5.1 引言5.2 滑模变结构控制的基本原理、方法及其性质5.2.1 变结构控制的基本概念5.2.2 变结构控制的基本方法5.2.3 系统稳定性5.2.4 线性变结构系统的基本性质5.2.5 滑动模态对干扰及摄动的不变性5.2.6 滑模控制系统的“抖振”现象5.3 非线性系统的状态轨迹跟踪问题5.4 速度环模糊滑模控制5.4.1 系统简介5.4.2 模糊控制器设计5.4.3 集束防空火箭炮交流调速系统仿真5.5 基于等效控制的位置环模糊滑模控制5.5.1 系统描述5.5.2 滑模控制器设计5.5.3 模糊控制器设计5.6 系统位置环仿真与分析5.7 本章小结6 神经网络滑模变结构控制研究6.1 引言6.2 神经网络在控制中的主要作用及发展趋势6.3 RBF网络结构、算法及应用6.3.1 网络结构6.3.2 逼近算法6.3.3 RBF网络的应用6.4 神经滑模控制器设计6.5 仿真研究6.6 本章小结7 集束防空火箭炮交流伺服系统试验研究7.1 引言7.2 试验目的与内容7.2.1 试验目的7.2.2 试验内容7.3 试验系统的组成、软件设计及样机介绍7.3.1 位置伺服系统结构及样机介绍7.3.2 硬件选择7.3.3 软件编程环境及编程语言的选择7.3.4 软件设计7.4 试验研究7.4.1 集束防空火箭炮位置伺服系统设计指标7.4.2 系统的性能检测7.4.3 阶跃调转位置误差试验结果7.4.4 等速跟踪实验结果7.4.5 正弦跟踪位置误差试验结果7.5 本章小结8 结束语8.1 全文总结8.2 工作展望致谢参考文献攻读博士学位期间发表及录用的学术论文
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标签：防空火箭炮论文; 内模控制论文; 控制论文; 模糊控制论文; 神经网络论文; 滑模变结构论文;
