空间交会对接运动模拟器线位移控制系统设计与实现

论文摘要

本文以空间交会对接运动模拟器的线位移控制系统设计与实现为研究背景,提出了基于模型和输出速度的摩擦补偿方法和鲁棒H∞控制方法相结合的控制系统结构方案,并在线位移控制系统中实现,给出系统实验测试结果及分析。首先,本文推导了矢量控制型永磁同步电机的机理模型,建立了空间交会对接运动模拟器的线位移控制系统被控对象的数学模型,分析了系统的不确定性,并给出系统不确定性的频域描述。其次,分析并验证了摩擦力矩对系统性能的影响,设计实验测得了系统速率——摩擦力矩曲线,并采用基于模型和输出速度的摩擦补偿方案对系统摩擦力矩进行了补偿,通过实验测试结合频域最小二乘辨识的方法得到了被控对象的等效模型,并给出了标称模型及不确定性的摄动界。然后,研究了加权函数的选取原则,将加权函数的选取和系统的性能指标相结合,给出了基于LMI的H∞控制设计结果。最后,将摩擦补偿方案和基于LMI的H∞控制设计应用于交会对接运动模拟器的线位移系统中,系统测试结果达到了期望指标,验证了本文方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 线位移系统方案及其主要控制问题
• 1.2.1 系统结构方案
• 1.2.2 主要控制问题
• 1.3 线位移控制系统结构的确定
• 1.3.1 国内外现有控制方法的综述与分析
• 1.3.2 控制系统结构的确定
• 1.4 主要研究内容及章节安排
• 第2章 被控对象模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 被控对象的机理模型
• 2.3 被控对象模型的不确定性分析与描述
• 2.3.1 不确定性的分析
• 2.3.2 不确定性的描述
• 2.4 本章小结
• 第3章 线位移系统的摩擦补偿与等效模型测定
• 3.1 引言
• 3.2 摩擦力矩的测定
• 3.2.1 摩擦力矩对系统低速性能影响分析
• 3.2.2 摩擦特性测试
• 3.2.3 基于Stribeck 模型的摩擦特性拟合
• 3.3 摩擦补偿
• 3.4 等效模型的测定
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于鲁棒控制的线位移控制系统设计
• 4.1 引言
• ∞控制问题'>4.2 混合灵敏度问题与标准H_∞控制问题
• 4.3 加权函数的确定
• 4.3.1 加权函数的选取原则
• 4.3.2 加权函数参数的确定
• ∞控制设计'>4.4 基于LMI 的H_∞控制设计
• ∞控制问题描述'>4.4.1 基于LMI 的H_∞控制问题描述
• ∞控制设计的求解'>4.4.2 基于LMI 的H_∞控制设计的求解
• 4.5 本章小结
• 第5章 线位移控制系统的实现
• 5.1 全数字控制系统实现方案设计
• 5.2 横向线位移数字控制系统的实验结果及分析
• 5.2.1 控制器的离散化
• 5.2.2 控制器的鲁棒稳定性分析
• 5.2.3 实验测试结果
• 5.3 纵向和竖向线位移系统的实验测试结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢