三轴转台液压控制系统低速和频响性能的理论分析与工程实现

论文摘要

导弹技术的发展是先进航空航天技术的综合体现。仿真转台是在导弹研制过程中极其重要的高精尖仿真实验设备,具有重大的经济价值和国防战略意义。三轴仿真转台是一种在实验室条件下复现飞行器或导弹在空中飞行姿态半实物仿真的有力工具,它和目标发生装置组合在一起模拟导弹跟踪目标的过程,可真实地模拟出导弹等飞行器在空间的各种姿态和动力学特性,为飞行器的研制、改进和再设计提供各种参考依据。仿真转台性能的优劣直接关系到仿真实验可靠性和置信度,是保证航空航天和武器系统精确度和性能的基础。应海军某基地要求,我所研制开发了三轴转台系统。对于此转台,有着大功率、大流量、宽频带、快速响应的要求,尤其是其中的中空液压马达,因为其特殊的大直径中空轴的高设计难度和高指标要求,成为三轴转台的核心部件。首先,本文综述了国内,国外转台发展的历史,现状以及未来的发展方向,概述了三轴液压仿真转台控制系统。其次,对仿真转台液压伺服系统建立数学模型,并根据实际参数进行化简,得出了控制系统的传递函数,为文章后面的分析做好理论准备。然后,建立了中空液压马达低速运动的数学模型,对其机理进行了分析,较详细的讨论了其主要影响因素,并且阐述了在本系统中采取的具体措施,用描述函数法详细分析了加入的非线性环节对系统稳定性的影响。接着探讨了高频响、宽调速、高精度性能指标的实现方法,着重讨论了复合PID在本转台控制系统中的应用,并通过仿真验证了此方法的普遍性。最后,介绍了三轴转台油源监控系统和控制系统上位机之间通信的实现,详细说明了相关的硬件,软件以及具体实现方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 转台发展概况
• 1.2.1 国外转台发展概况
• 1.2.2 国内转台发展概况
• 1.3 三轴液压转台及其关键技术
• 1.4 低速与频响性能的研究的意义及现状
• 1.5 论文的主要内容及章节安排
• 第二章 三轴转台电液伺服控制系统建模及分析
• 2.1 三轴仿真转台系统简介
• 2.2 电液伺服马达控制系统数学模型的建立
• 2.2.1 电液伺服阀的传递函数
• 2.2.2 滑阀的流量方程
• 2.2.3 液压马达的传递函数
• 2.2.4 阀控马达动力机构的传递函数
• 2.3 本章小结
• 第三章 转台马达伺服控制系统低速性能实现
• 3.1 中空液压马达低速运动数学模型描述
• 3.2 影响因素分析及措施
• 3.2.1 马达摩擦阻尼系数对低速运动的影响
• 3.2.2 系统的刚性
• 3.2.3 伺服阀的分辨率
• 3.2.4 在电液伺服阀上附加高频颤振信号
• 3.2.5 位置等传感器的精度
• 3.2.6 油源问题
• 3.2.7 控制系统方面
• 3.3 液压马达低速性能的改进
• 3.4 非线性环节对系统性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 转台马达伺服控制系统高频响等性能的实现
• 4.1 高频响性能实现
• 4.2 宽调速性能实现
• 4.3 高精度性能实现
• 4.4 复合控制对系统频响性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 油源监控系统与控制系统通信的解决方案
• 5.1 油源监控系统主要硬件介绍
• 5.2 油源监控系统软件
• 5.2.1 STEP 7-Micro/WIN 编程软件简介
• 5.2.2 通信协议的选择
• 5.2.3 自由口模式下PLC 与上位机之间的通信
• 5.3 本章小结
• 第六章 三轴转台液压伺服控制系统现场调试与实验结果
• 6.1 三轴转台液压伺服控制系统硬件介绍
• 6.2 三轴转台液压伺服控制系统软件介绍
• 6.3 三轴转台实时控制现场实验
• 6.3.1 低速性能实验
• 6.3.2 频响实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附录