基于CAN总线的雷达伺服协调控制研究

论文摘要

常见的俯仰跟踪雷达系统由底座的双轴电机来完成驱动,伺服电机的协调工作是其正常运行的前提。虽然传统伺服系统采用的非耦合DCS控制方式控制简单,但存在跟踪精度不高和系统协调性能欠佳的缺点,系统进一步升级受到限制。针对此问题,提出一种基于CAN总线的变增益交叉耦合协调控制模式。通过对双轴雷达伺服系统建立数学模型,在分析俯仰和水平伺服电机跟踪误差对整个雷达伺服系统精度的影响的基础上,采用变增益交叉耦合控制算法对雷达伺服系统进行协调控制。经仿真验证,该方法行之有效,能有效减小系统轮廓误差。在理论分析的基础上,进行对系统的硬件设计和软件平台的开发,最终实现预期目的。本文的主要研究内容如下:1.雷达伺服系统协调控制系统模型的建立。首先分析雷达伺服的结构组成,建立双轴协调控制模型。然后推导出双闭环调速伺服系统的传递函数,进而推导出基于雷达伺服系统的交叉耦合控制模型,最终得到系统的控制模型。2.交叉耦合控制算法的研究。分析了典型协调控制算法的优缺点,确定交叉耦合控制算法的可行性。对交叉耦合算法中的关键问题进行讨论,得到交叉耦合控制算的关键参数表达式。3.基于CAN总线的通信系统设计。根据系统对实时性的要求,设计了CAN总线的转换接口和下位通信节点,实现了通信系统的硬件和软件功能。4.雷达伺服协调控制监控系统设计。在分析系统的功能需求的基础上,开发出一套合适的监控系统软件。系统最终在实时性和可靠性方面能够满足要求,达到预期目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 现实需求与研究意义
• 1.2 多电机协调控制的研究现状
• 1.3 雷达伺服系统中的总线技术概述
• 1.4 本文主要内容与安排
• 第二章 基于CAN 总线的雷达伺服协调控制系统总体设计
• 2.1 多电机伺服协调控制系统的结构与特点
• 2.1.1 多电机伺服协调DCS 控制系统
• 2.1.2 多电机伺服协调FCS 控制系统
• 2.1.3 工业以太网多电机伺服协调控制系统
• 2.2 基于CAN 总线的雷达伺服协调控制系统总体方案
• 2.2.1 系统功能与结构设计构架
• 2.2.2 技术指标与关键参数的选择
• 2.3 雷达伺服协调控制策略研究
• 2.3.1 多电机协调控制的基本概念
• 2.3.2 非交叉耦合控制
• 2.3.3 交叉耦合控制（CCC）
• 2.3.4 CCC 中的轮廓误差误差分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 雷达伺服系统协调控制研究与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 雷达伺服电机控制模型
• 3.3 雷达伺服系统变增益交叉耦合模型
• 3.3.1 变增益交叉耦合控制的引入
• 3.3.2 交叉耦合控制 CCC 增益模型
• 3.4 系统仿真与结果分析
• 3.4.1 雷达伺服协调控制系统仿真结构
• 3.4.2 不同运动轨迹下的仿真实验
• 3.4.3 结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 CAN 总线通信节点设计
• 4.1 CAN 总线基本概念
• 4.2 通信系统总体设计
• 4.3 通信协议设计
• 4.3.1 串行端口通信协议
• 4.3.2 CAN 端口通信协议
• 4.4 CAN-RS232 转接电路的设计
• 4.4.1 硬件设计
• 4.4.2 软件设计
• 4.5 DSP 的CAN 总线节点设计
• 4.5.1 硬件设计
• 4.5.2 软件设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 上位机软件设计
• 5.1 上位监控系统总体设计
• 5.2 监控系统软件详细设计
• 5.2.1 软件结构与定义
• 5.2.2 子系统设计
• 5.2.3 功能模块详细设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果