单轴气浮台控制系统测试与实现

论文摘要

本课题来自某转台项目。论文在完成转台控制系统实现基础上,解决了转台控制系统设计中遇到的两个问题:一是系统输入信号的光滑性问题。本文采用四阶S曲线轨迹规划方法,以转台的速度和加速度为边界条件,规划了平滑的速度和加速度曲线,从信号角度考虑S曲线轨迹规划减少输入信号高频部分能量,仿真说明S曲线作为输入信号能提高转台低速性能,文章并对比梯形法,得了时间最优下最小误差跟踪曲线。针对码盘输出信号毛刺,设计了巴特沃斯滤波器,并给出了仿真结果。一是手工整定PID参数的盲目性。本文采用一种无模型迭代反馈整定方法(IFT)离线优化转台控制器参数。首先给出了IFT的一种理论模型,分析了参数的收敛性和算法的适用范围,给出了基于I /O驱动求取输出对控制器参数无偏导数的一种试验方法和离散模型,然后以S曲线轨迹规划获得曲线作为系统输入,以第三章设计的控制器参数为IFT迭代初始值,仿真得出经IFT优化后的控制器性能优于手工参数整定策略。在第五章给出了经IFT优化后的控制系统实测低速伺服曲线。在转台设计过程中,实现了基于windowsRTX的实时软件控制界面的分析和设计,标定了系统测角精度,设计了转动惯量的测试方法并测试记录了系统的干扰力矩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 气浮台的发展概况
• 1.2.1 气浮台的国外发展概况
• 1.2.2 气浮台的国内研究现状
• 1.3 研究对象与方法
• 1.3.1 气浮台设计中的问题
• 1.3.2 IFT方法概述
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 输入信号平滑处理
• 2.1 引言Equation Section 2
• 2.2 码盘信号处理
• 2.2.1 原始速度信号
• 2.2.2 巴特沃斯滤波器
• 2.3 四阶S曲线轨迹规划
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 S曲线轨迹规划方法
• 2.3.3 运动学仿真曲线
• 2.3.4 S曲线轨迹规划对速率平稳性的改进
• 2.4 本章小结
• 第3章 单轴气浮台控制系统设计
• 3.1 引言Equation Section （Next）
• 3.2 基于模型方法设计准则
• 3.3 控制系统校正
• 3.3.1 PID控制器特性
• 3.3.2 转台数学模型
• 3.3.3 控制系统设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 迭代反馈自整定算法
• 4.1 引言Equation Section （Next）
• 4.2 IFT 算法描述
• 4.2.1 IFT问题描述
• 4.2.2 IFT基本原理
• 4.2.3 IFT算法步骤
• 4.2.4 IFT算法收敛性
• 4.3 IFT对系统性能的改进
• 4.4 本章小结
• 第5章 单轴气浮台控制系统实现与测试
• 5.1 引言Equation Section （Next）
• 5.2 基于windows实时扩展的控制系统实现
• 5.2.1 实现方案
• 5.2.2 Windows 实时性分析
• 5.2.3 控制系统软件总体设计
• 5.2.4 系统软件界面实现
• 5.3 气浮台干扰力矩测试
• 5.3.1 转动惯量测试
• 5.3.2 气浮轴系干扰力矩测试
• 5.4 IFT 调试结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢