论文题目: 基于内模数字控制的陀螺温控系统的研究与实现
论文类型: 硕士论文
论文专业: 导航,制导与控制
作者: 布晓彬
导师: 袁赣南
关键词: 陀螺,内模控制,四阶龙格库塔算法,单片机,鲁棒性
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文从工程实际出发，以内模控制理论为基础，利用AVR单片机(ATmega16)，设计了具有非线性、大惯性的陀螺内部温度控制系统。文中着重研究了温控模型的建模、内模控制系统的设计、四阶龙格—库塔算法以及整个温控系统的硬、软件设计。并进行了控制系统的仿真和调试。在陀螺内部，对象的时滞、各种不可测干扰等都是普遍存在的，也是较难控制的，而普通的PID控制器，虽然其控制规律、参数设置简单、稳态性能好、可靠性高等优点得到广泛应用，但它对过程的品质指标恶化；对周期性、多频扰动等控制精度要求高的场合，常规的PID控制器调节就难以得到满意的控制效果。内模控制一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略，这一控制的优点是能将PID控制、Smith预估控制、确定性线性二次最优反馈控制和多种预测控制等归纳在同一架构之下，它的设计原理简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强、参数整定直观明了、能消除不可测干扰的影响，是一种设计和分析预测控制系统的有力工具。另外，为了能够准确得到温控模型，采用了最小二乘拟合；为了提高整个控制系统的精度，利用ATmega16单片机的丰富资源、四阶龙格-库塔法，设计了可靠的软件系统。通过对整个系统的仿真和调试，证明了该系统具有良好的位置跟随性能、抗干扰性能、鲁棒性和实用性。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 惯性技术的概念
1.1.2 惯性技术的重要性
1.1.3 惯性技术的发展状况
1.2 惯性导航系统的发展
1.2.1 平台式惯性导航系统
1.2.2 捷联式惯性导航系统
1.3 陀螺仪
1.3.1 概念
1.3.2 陀螺的特性
1.3.3 陀螺的漂移
1.3.4 液浮陀螺仪简介
1.4 本课题的提出和工作内容
1.4.1 本课题提出的必要性
1.4.2 本课题的目的意义及主要研究内容
第2章 陀螺内部温控建模
2.1 陀螺仪温控概述
2.1.1 陀螺仪热参数计算
2.1.2 陀螺仪的温控对象
2.1.3 陀螺仪温控对象的实际测定
2.2 最小二乘拟合
2.2.1 线形拟合
2.2.2 多项式拟合
2.2.3 函数拟合
2.3 陀螺温控建模
2.3.1 控制系统的典型输入信号
2.3.2 单位阶跃函数作用下的一阶系统
2.3.3 单位阶跃函数作用下的温控系统
2.4 本章小结
第3章 陀螺温度控制系统设计
3.1 内模控制原理
3.1.1 概述
3.1.2 内模控制原理
3.1.3 内模控制器设计
3.2 陀螺温控系统设计
3.3 本章小结
第4章 陀螺温度控制系统的硬件电路设计
4.1 AVR单片机
4.1.1 AVR单片机简介
4.1.2 AVR单片机的主要特点
4.1.3 AVR单片机系列产品
4.1.4 AVR单片机在控制系统中的应用
4.2 ATmega16单片机
4.2.1 概述
4.2.2 ATmega16的主要性能
4.3 温控系统电路结构
4.3.1 概述
4.3.2 温度传感器
4.3.3 信号转换电路
4.3.4 前置放大电路及滤波电路
4.3.5 ATmega16单片机功能模块
4.3.6 保护电路
4.3.7 驱动开关电路
4.4 本章小结
第5章 陀螺温度控制系统的软件设计
5.1 概述
5.2 温度控制算法的研究与确定
5.2.1 数字PID法
5.2.2 四阶龙格—库塔法
5.2.3 四阶龙格—库塔法、数字PID算法的仿真与选取
5.3 系统软件设计
5.3.1 概述
5.3.2 主程序
5.3.3 A/D中断服务子程序
5.3.4 整个温控系统程序流程图
5.4 本章小结
第6章 系统的可靠性研究与仿真
6.1 系统可靠性
6.1.1 概述
6.1.2 系统硬件设计中可靠性问题的解决
6.1.3 系统软件设计中提高可靠性的方法
6.2 系统仿真
6.3 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
发布时间: 2007-08-21
参考文献
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