复合控制算法在数字稳定回路中的应用

论文摘要

航海、航空和航天事业的迅速发展离不开惯性导航系统,而其中的平台稳定回路是惯导系统的重要组成部分。传统的平台稳定回路是以模拟电子技术实现的,存在设计复杂,控制参数调整不方便等缺陷,因此数字稳定回路成为一种发展方向。同时,单纯的经典PID控制器在控制精度、响应速度和抗干扰能力等方面,都存在着不足,正是在这样的背景下本文对模糊PID这种复合控制算法在数字稳定回路中的应用进行了研究。本文分析了平台稳定回路的原理及各个组成部分,阐述了它们在稳定回路中的作用,通过对平台稳定系统工作原理分析,建立了系统未校正时的数学模型,结合本系统的电机参数,得到了一个标准的控制对象,为以后的模糊PID控制器的设计提供了基础。设计了一个模糊PID控制器,并对其进行了仿真。仿真结果表明,通过选择适合的控制参数,平台稳定回路可设计成为一个响应速度快、稳态误差小的控制系统。并将其与经典PID控制、模糊控制在平台稳定回路中进行比较,发现本文设计的模糊PID控制有较好的控制性能。本文还对数字平台稳定回路的数字控制系统进行了软硬件设计。其中,本系统选用的是美国德州仪器公司的TMS320F2812芯片作为核心控制芯片,在硬件设计中,主要介绍了其最小系统构建以及其外部驱动电路的硬件接口的设计;软件设计中重点介绍了模糊PID控制器的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 惯性导航的概述
• 1.2 稳定回路在平台惯导中的作用
• 1.3 国内外稳定回路的发展状况
• 1.4 DSP技术的特点及发展
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 稳定回路的组成结构和数学建模
• 2.1 稳定回路的基本组成
• 2.2 稳定回路的建模
• 2.2.1 电机数学建模
• 2.2.2 稳定平台数学建模
• 2.2.3 稳定平台数学模型特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 系统硬件整体设计
• 3.2 DSP主机板设计
• 3.2.1 DSP芯片的选择
• 3.2.2 DSP主机板的整体设计
• 3.2.3 F2812引脚功能介绍
• 3.2.4 CPLD控制模块设计
• 3.2.5 存储器模块设计
• 3.2.6 电源模块设计
• 3.2.7 时钟模块设计
• 3.2.8 复位模块设计
• 3.2.9 JTAG仿真口模块设计
• 3.2.10 RS232通讯模块设计
• 3.3 数据采集板设计
• 3.3.1 数据采集模式选择
• 3.3.2 数据采集板设计
• 3.3.3 数据采集接口设计
• 3.4 电机驱动板设计
• 3.4.1 电机驱动模块的设计
• 3.4.2 F2812的事件管理模块介绍
• 3.4.3 保护电路的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 DSP开发环境
• 4.2 系统软件整体设计
• 4.3 链接命令设计
• 4.4 初始化模块设计
• 4.5 系统时钟模块设计
• 4.6 控制模块设计
• 4.7 数据预处理模块设计
• 4.8 通讯模块设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 复合控制算法的设计
• 5.1 经典PID控制
• 5.1.1 PID控制原理
• 5.1.2 PID控制器的设计
• 5.1.3 PID控制器的实现
• 5.1.4 PID控制器的缺陷
• 5.2 模糊控制
• 5.2.1 模糊控制的原理
• 5.2.2 模糊控制器的设计
• 5.2.3 模糊控制器的实现
• 5.2.4 模糊控制器的缺陷
• 5.3 模糊PID控制
• 5.3.1 模糊PID控制的原理
• 5.3.2 模糊PID控制器的设计
• 5.3.3 模糊PID控制器的实现
• 5.4 系统仿真
• 5.4.1 主要期望性能指标
• 5.4.2 各种控制算法系统仿真设计
• 5.4.3 各种控制系统的单位阶跃响应
• 5.4.4 各种控制系统的跟踪sine函数响应
• 5.4.5 各种控制系统的单位干扰力矩响应
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢