舰载数据通信天线稳定平台系统研究

论文摘要

随着信息化技术和军事化技术的提高,舰载通信要求不仅可以进行语音通信而且还能实时地传送数据以及图像。安装在舰船上的卫星通信天线就需要一个稳定的平台,来抑制舰载姿态和航向变化的等因素带来的摇摆。本文采用了舰载设备稳定控制技术,稳定系统接收平台罗经传来的纵摇和横摇的姿态信息,与旋转变压器变输出的天线轴端位置信息进行比较,误差变量通过控制器调节输出到伺服系统,控制电机转动,使天线隔离舰船摇摆运动,保持在稳定的姿态。舰载数据通信天线稳定平台系统采用捷联式正交三轴机械传动方式,使用了智能伺服随动控制技术。本文介绍了数字伺服系统的工作原理,并且通过通信天线稳定平台的横滚轴说明了伺服系统动态模型的建立方法,给出了稳定平台系统智能控制器的设计方法。针对横滚轴的伺服系统动态模型的速度环和位置环,本文分别对稳定平台系统的经典PID方法校正,复合控制方法校正,超前方法校正,模糊控制方法校正进行了描述。在各种控制理论方法应用的基础上,本文给出详细的模糊PID校正方法仿真实验及程序设计的步骤与结果,通过真实可靠的实验数据验证了模糊PID控制方法上升时间快、稳态精度高、系统误差低等特点。实验及仿真结果表明,模糊PID控制方法的应用使得稳定平台伺服控制系统的各方面性能得到了相当大的提高。在控制方法设计的基础上,本文给出了模糊PID智能控制器的实现方法。控制器采用TI公司高性能的浮点DSP芯片TMS320C6713作为处理器,实现了天线姿态高精度实时解算和空间稳定控制。本文对DSP芯片的工作原理做了详尽的说明,给出了控制器软件及硬件的实现方法。舰载数据通信天线稳定平台系统在速度、精度以及抗干扰能力方面均取得了比较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、意义
• 1.2 天线稳定平台概述
• 1.3 天线稳定平台控制实现方法选择
• 1.4 数字伺服系统
• 1.4.1 伺服系统发展及特征
• 1.4.2 DSP器件简介
• 1.5 国内外舰载天线稳定平台研究现状
• 1.6 论文研究内容
• 第2章 舰载天线稳定系统的工作原理及建模
• 2.1 天线稳定平台机械结构
• 2.2 天线伺服控制系统工作原理
• 2.2.1 数字伺服系统原理概述
• 2.2.2 天线伺服系统关键元器件
• 2.3 稳定系统的模型的建立
• 2.3.1 永磁直流力矩电机的动态模型
• 2.3.2 天线稳定系统的动态数学模型
• 2.4 基于Simulink的伺服系统控制的仿真研究
• 2.4.1 速度环的校正
• 2.4.2 位置环的经典校正
• 2.4.3 天线稳定系统的复合控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 Fuzzy-PID控制在舰载天线稳定系统的应用
• 3.1 智能控制的类型
• 3.2 模糊控制的基本原理
• 3.2.1 模糊控制的几个概念
• 3.2.2 模糊控制器的设计
• 3.2.3 确定舰载天线模糊控制器的结构
• 3.3 PID控制控制系统
• 3.3.1 PID控制原理
• 3.3.2 PID控制的局限性
• 3.4 模糊PID控制器的发展
• 3.5 舰载伺服稳定平台的模糊PID控制
• 3.6 本章小结
• 第4章 舰载天线坐标变换算法
• 4.1 天线稳定系统坐标变换问题
• 4.1.1 天线参考坐标系的选择
• 4.1.2 天线坐标系之间的关系
• 4.2 本章小结
• 第5章 天线控制器的软硬件设计
• 5.1 系统的组成原理框图
• 5.2 TMS320C6000系列DSP特点
• 5.3 TMS320C6713结构特点及硬件实现
• 5.3.1 扩展的直接存储器访问（EDMA）
• 5.3.2 外部存储器接口的设计
• 5.3.3 多通道缓冲串口McBSP
• 5.3.4 存储器
• 5.4 DSP及外围电路
• 5.4.1 DSP电源电路
• 5.4.2 存储器电路
• 5.5 硬件电路的设计注意事项
• 5.6 DSP软件开发工具
• 5.6.1 集成开发环境CCS
• 5.6.2 系统调试工具
• 5.6.3 DSP软件编程步骤
• 5.6.4 系统各模块程序设计
• 5.7 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