小型车载稳定平台控制方法研究

论文摘要

小型稳定平台有着广泛的应用前景,但低成本的小型稳定平台研究较少。论文采用两框两轴结构,进行了结构设计及关键部件选型,完成了小型稳定平台的研制。研制了电机数字控制器,并利用CAN总线及RS232组建了通信网络,实现了系统数据的实时共享。推导了电机驱动数学模型,进行了PID三环结构控制研究。建立了稳定平台姿态与电机驱动系统的空间矢量模型,通过反馈控制算法实现了2自由度电机驱动系统的解耦。针对电机驱动控制系统参数时变的特点,完成了包括：对象模板生成、约束条件建立、回路成型以及前置滤波器的QFT控制器的设计,试验结果表明有效抑制了参数变化影响。针对外部参数扰动以及内部参数变化的特点,研究了基于“模糊比例趋近率”的最优滑动模态的变结构控制算法,研究表明有效地提高了电机驱动系统的响应速度,并抑制了非线性对系统的影响。开发了实验研究平台,实验研究表明了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 稳定平台简介
• 1.1.2 稳定平台需求背景
• 1.2 国内外稳定平台及控制技术发展概况综述
• 1.2.1 国内外稳定平台发展概况综述
• 1.2.2 现代控制策略在稳定平台控制系统中的应用
• 1.3 研究问题的提出
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 技术发展方向
• 1.3.3 研究问题的提出
• 1.4 论文研究情况简介
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 1.4.4 研究意义
• 1.5 本章小结
• 2 小型稳定平台的设计
• 2.1 小型稳定平台的技术要求
• 2.2 小型稳定平台的结构选型与设计
• 2.3 电机驱动系统的设计与选型
• 2.3.1 驱动系统的设计计算
• 2.3.2 驱动系统的选型
• 2.4 控制系统硬件电路的设计
• 2.4.1 直流电机驱动系统的设计
• 2.4.2 电机数字控制器硬件电路的设计
• 2.4.3 稳定平台姿态测量系统的设计
• 2.5 本章小结
• 3 稳定平台控制系统建模与分析
• 3.1 稳定平台电机驱动系统的模型
• 3.1.1 电机驱动系统的控制原理
• 3.1.2 电机驱动系统的数学模型
• 3.2 电机驱动控制系统分析
• 3.2.1 电机驱动系统稳定性分析
• 3.2.2 三环结构对控制特性影响的分析
• 3.3 稳定平台控制系统中非线性因素的分析
• 3.3.1 摩擦
• 3.3.2 饱和
• 3.3.3 死区
• 3.3.4 间隙
• 3.3.5 弹性变形和随机干扰
• 3.4 本章小结
• 4 基于QFT的控制器设计与仿真
• 4.1 定量反馈理论
• 4.1.1 QFT的基本原理及特点
• 4.1.2 QFT控制器的设计过程
• 4.2 QFT鲁棒控制器设计
• 4.2.1 对象模板的生成
• 4.2.2 约束条件的建立
• 4.2.3 回路成形
• 4.2.4 前置滤波器的设计
• 4.3 仿真实验研究
• 4.3.1 位置跟踪性能实验
• 4.3.2 抗扰动性能实验
• 4.4 本章小结
• 5 最优滑模变结构控制算法研究
• 5.1 滑模变结构控制概述
• 5.2 关于SMC的抖振
• 5.2.1 抖振产生的原因及其对控制性能的影响
• 5.2.2 几种常见的削抖方法
• 5.3 基于模糊趋近律的滑模变结构控制算法研究
• 5.3.1 最优滑模面的设计
• 5.3.2 求解控制律
• 5.3.3 模糊趋近律滑模控制器设计
• 5.3.4 FSMC仿真实验研究
• 5.4 基于比例切换的模糊滑模控制算法研究
• 5.4.1 比例切换控制概述
• 5.4.2 滑模运动的不变性原理
• 5.4.3 比例切换模糊滑模控制器的设计
• 5.4.4 仿真实验研究
• 5.5 本章小结
• 6 稳定平台的两个自由度解耦
• 6.1 稳定平台系统的坐标系
• 6.2 稳定平台的空间关系及解算
• 6.2.1 稳定平台的空间关系
• 6.2.2 稳定平台输入、输出的解算
• 6.3 两自由度稳定系统的运动分析及解耦控制
• 6.3.1 两自由度稳定系统的运动分析
• 6.3.2 反馈解耦控制算法设计
• 6.3.3 仿真研究
• 6.4 本章小结
• 7 控制算法的对比分析及实验研究
• 7.1 控制算法的对比与分析
• 7.2 实验研究平台的开发
• 7.3 实验研究
• 8 结论与展望
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 论文的创新点
• 8.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表学术论文及参加科研工作情况