水面稳定平台测控系统研究

论文摘要

某探测设备工作在海面上,受风浪影响会产生晃动,造成探测精度降低,因此提出将探测设备通过稳定平台与海浪扰动相隔离的要求。基于此,对随机海浪作用下稳定平台测控系统的进行了初步研究。首先,总结了常见稳定平台的结构形式以及它们的优缺点,在此基础上结合课题中稳定平台的特殊应用环境,确定了稳定平台的最终结构。并对稳定平台的工作原理进行了介绍。其次,采用ITTC单参数标准海浪谱（P-M谱）建立了随机海浪模型,对随机海浪进行了实时仿真。参照船舶运动数学模型建立了该稳定平台的运动模型,在此基础上对稳定平台在随机海浪作用下的运动进行了时域仿真,得到了平台摇动角信号α（t）。并利用Matlab建立了时间序列自回归模型（AR模型）,根据最小AIC准则建立最优AR预测模型,以此对稳定平台的运动进行预测仿真,及误差分析。第三,对稳定平台的控制驱动器硬件进行了总体设计。控制驱动器主要分为角度测量传感器部分、单片机控制电路、TL494恒流控制电路、IR2110功率放大电路、电流反馈电路等。以单片机为控制核心实现各项功能,对各部分的原理及功能实现做了详细介绍。最后,对控制系统的进行了软件设计,分别对各部分功能的实现给出了详细流程。并在此基础上做出相关实验以检测硬件电路的性能。实验结果表明硬件电路基本能完成最初设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 稳定平台发展现状
• 1.2 稳定平台国内外发展概述
• 1.3 稳定平台相关技术概述
• 1.4 预测控制技术简述
• 1.4.1 预测控制的产生
• 1.4.2 预测控制的特征
• 1.5 论文主要工作
• 2 稳定平台的机械结构选型及稳定原理
• 2.1 稳定平台的结构选型
• 2.1.1 常见稳定平台的形式
• 2.1.2 几种常见稳定平台结构形式及分析
• 2.1.3 稳定平台的结构选型
• 2.2 稳定平台的稳定原理
• 2.3 本章小结
• 3 稳定平台运动建模及预测仿真
• 3.1 随机海浪模型的建立
• 3.1.1 波浪运动的特征参数
• 3.1.2 随机海浪模型
• 3.1.3 波能谱
• 3.1.4 海浪信号的实时仿真
• 3.2 稳定平台总体在海面上的运动
• 3.2.1 稳定平台运动建模的方法
• 3.2.2 稳定平台运动的分析
• 3.3 稳定平台横摇运动模型及其仿真
• 3.3.1 稳定平台横摇运动模型
• 3.3.2 稳定平台横摇运动仿真
• 3.4 稳定平台横摇运动趋势预测仿真
• 3.4.1 平稳时间序列预测模型
• 3.4.2 基于AR模型的预测控制仿真
• 3.4.3 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 控制驱动器硬件总体设计
• 4.1 整体电路结构
• 4.2 步进电机及其驱动技术概述
• 4.2.1 步进电机简介
• 4.2.2 步进电机驱动技术简介
• 4.3 稳定平台角度测量模块
• 4.3.1 角度测量传感器的选择
• 4.3.2 MEMS加速度传感器Lis244alh简介
• 4.3.3 Lis244alh的测量原理
• 4.3.4 稳定平台角度测量电路设计
• 4.4 单片机控制电路
• 4.4.1 C8051F410主控电路设计
• 4.5 PWM斩波电路设计
• 4.5.1 TL494工作原理
• 4.5.2 TL494功能实现
• 4.6 逻辑合成电路
• 4.7 功率驱动电路设计
• 4.7.1 IR2110简介
• 4.7.2 IR2110应用
• 4.7.3 H桥主驱动电路设计
• 4.8 电源模块设计
• 4.9 本章小结
• 5 伺服控制系统软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 中断服务子程序
• 5.3 本章小结
• 6 系统软硬件调试实验
• 6.1 步进电机控制信号测试
• 6.2 稳定回路模拟控制实验
• 6.3 系统闭环回路控制实验
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录