高精度转台系统中的控制技术研究

论文摘要

转台是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖仿真试验设备,在卫星、飞机、导弹、舰艇和鱼雷等武器系统的研制中起着极其重要的作用。转台性能的优劣关系到仿真试验的可靠性和置信度,也是保证航空、航天和武器系统精度和性能的基础。因此,对转台的高精度、高频响、整体制造水平和性能、伺服控制系统设计与实现提出了更高的要求。论文研究的大型高精度电液伺服转台是飞行器的测试和仿真重要工具,与经典的自破坏性全实物实验相比,具有造价低、可重复测试、极其安全等优点,具有越来越广泛的应用。此转台采用全电微动控制方式,其难点在于大型电液转台的研制时间长、造价高、场地要求高、控制复杂等因素。论文针对电液伺服转台,在理论分析与实际试验研究的基础上主要研究液压转台各个主要部件中的控制技术。在转台油源系统中,针对高精度转台油源压力波动的特点,对高精度恒压油源波动进行了详细的理论研究和试验分析,在此基础上提出了多种针对双比例压力调节阀的主动控制方案,选择设计了针对高精度恒压油源控制系统的控制器;在转台中框的设计过程中,考虑转台中框受液压马达摩擦和外框耦合干扰较大,分析了摩擦和耦合干扰问题,给出了基于CARIMA模型和NARMA模型的预测控制系统。在此预控系统中,将NARMA模型转换为基于神经网络的NARMA-L2网络模型,在实际控制器试验中,设计的PID控制器,在仿真中分析证明了控制器的实用性与可靠性;在转台外框控制系统中,转台外框的特点是双马达驱动,双马达同步控制,也是本论文研究的重要方面。论文分析了转台外框同步控制过程中的干扰因素,在此基础上提出了基于模糊神经网络的转台速度反馈同步控制技术,同时在速度反馈基础上运用自适应滑模控制器控制角度反馈系统进行高精度控制;对基于自适应控制的滑模控制器进行稳定性分析,针对外框非线性干扰的特点,提出Hammerstein多变量解耦预测模型控制系统,在MATLAB中搭建控制器的仿真系统,并用试验的方法验证了外框控制技术的精度要求;在各种控制体统中,控制的实时性必须得到保证。所以实时控制系统也是本文研究的一个重要内容之一,论文在比较多种实时控制方案以后,选定了基于RTX的实时控制系统,进行了相应的软硬件设计,实验的结果均满足论文所提出的实时控制要求。实际试验不仅满足高精度系统实时性,也满足控制系统的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 国内外大型转台的研究现状
• 1.3 论文主要研究工作
• 1.3.1 论文研究思路与内容
• 1.3.2 论文研究结构安排
• 第二章 转台油源控制系统设计
• 2.1 液压油源介绍
• 2.1.1 高精度电液伺服系统油源
• 2.1.2 液压能源系统与伺服回路之间的相互影响
• 2.2 转台油源系统压力波动分析
• 2.2.1 比例电磁鉄的影响
• 2.2.2 液压马达摩擦力矩的影响
• 2.2.3 转台框架及负载干扰对油源压力的影响
• 2.3 液压油源恒压控制研究
• 2.4 液压油源控制系统的仿真
• 2.5 小结
• 第三章 转台中框控制系统设计
• 3.1 转台中框测控系统组成
• 3.2 转台中框非线性干扰分析
• 3.2.1 转台中框摩擦影响分析
• 3.2.2 转台框架动力学模型及耦合干扰分析
• 3.2.3 伺服阀分辨率对中框控制系统的影响
• 3.3 针对转台中框低速控制系统方案选择
• 3.4 转台中框控制器设计
• 3.5 转台中框测控系统仿真
• 3.5.1 速度、加速度负反馈
• 3.5.2 中框系统仿真
• 3.6 小结
• 第四章 转台外框控制系统设计
• 4.1 转台外框测控系统软硬件设计
• 4.2 转台外框同步干扰分析
• 4.3 转台外框同步控制方案选取
• 4.4 转台外框同步控制器设计
• 4.4.1 基于模糊神经网络的转台外框控制器设计
• 4.4.2 基于Hammerstein 模型的转台外框多变量解耦控制器
• 4.5 转台外框控制系统试验研究
• 4.5.1 转台外框正弦波跟踪效果
• 4.5.2 转台外框三角形波跟踪效果
• 4.6 小结
• 第五章 电液伺服转台实时控制系统设计
• 5.1 实时系统控制概述
• 5.2 实时系统控制的方案选取
• 5.2.1 基于Windows 操作系统的实时控制
• 5.2.2 基于Windows－DOS 上下位机的实时控制
• 5.2.3 其它高精度实时控制系统
• 5.2.4 基于RTX 软件的实时控制
• 5.3 基于RTX 实时控制系统的设计与仿真
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果