飞艇用探测器稳定平台控制研究

论文摘要

随着遥控飞艇技术的发展,艇上的测控设备和用于自动驾驶的传感器等光电设备将越来越多,稳定平台是搭载该类探测器装备的重要部件。它是一个集光、机、电于一体的复杂系统,其作用就是用来隔离载机的高频振动、冲击和飞行姿态的变化,从而保证系统的可靠性和探测成像质量。本文对光电探测器稳定平台中的控制技术进行了系统的研究,并以实现高精度扫描观测任务为目标,进一步研究了二级稳定平台扫描轨迹的控制问题。论文的研究工作包含以下几个部分：1.介绍艇载稳定平台系统的总体设计方案,包括机械设计方案、伺服系统总体设计方案。对不同的稳定平台结构进行比较说明,并对选定的平台结构设计了伺服控制方案及系统软件工作流程。2.从硬件方面讨论了稳定平台控制器的总体方案,其中具体设计和分析了各模块电路。3.分析了平台控制系统的数学模型,包括主要环节的传递函数及数学模型。分析了平台控制结构模型,并对控制系统的电流环、速度环、位置环进行了分析。4.对二级平台的扫描观测任务和控制性能进行了研究,主要对高速扫描机电装置的要求、电机选型原则、加速度与带宽的关系、斜坡信号产生等问题进行了理论分析和Matlab仿真。并以此为基础给出了高速扫描机电装置的设计建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外光电稳定平台的研究现状
• 1.3 光电稳定平台控制技术的研究现状
• 1.3.1 稳定平台的功能说明
• 1.3.2 稳定平台系统的控制方法
• 1.4 光电稳定平台的发展趋势
• 1.5 研究目的、内容及章节安排
• 第2章 艇载稳定平台系统总体设计
• 2.1 平台系统功能及技术指标说明
• 2.2 稳定平台系统总体结构
• 2.3 机械设计方案
• 2.3.1 平台结构设计方案
• 2.3.2 动力传动及驱动方式
• 2.3.3 机械设计效果图
• 2.4 伺服系统设计方案
• 2.4.1 电机选型
• 2.4.2 光电编码器选型
• 2.4.3 陀螺选型
• 2.4.4 核心处理单元选型及软件方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 平台伺服控制器硬件电路设计
• 3.1 伺服控制器硬件总体方案
• 3.2 基于TMS320F2812的主控制器电路设计
• 3.3 AD采集模块电路设计
• 3.4 DA转换模块电路设计
• 3.5 ISP可编程器件及其逻辑设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 平台伺服控制系统建模与分析
• 4.1 平台伺服系统部件模型
• 4.1.1 交流伺服电机的模型
• 4.1.2 机械谐振特性模型分析
• 4.1.3 动力调谐陀螺仪的模型
• 4.2 方位俯仰轴伺服控制系统建模分析
• 4.2.1 "功率驱动单元+电机+负载"的机电混合控制模型
• 4.2.2 速度环控制模型
• 4.2.3 位置环控制模型
• 4.2.4 影响稳定精度的因素
• 4.3 本章小结
• 第5章 稳定平台对地扫描观测任务仿真与分析
• 5.1 平台对地扫描观测任务仿真与分析
• 5.1.1 对地扫描观测任务
• 5.1.2 对地扫描观测任务分析
• 5.2 平台伺服控制系统性能要求分析
• 5.2.1 扫描任务对机电系统的要求
• 5.2.2 伺服控制系统电机选型原则
• 5.2.3 工作行程期间的速度控制仿真模型
• 5.2.4 系统加速度能力与带宽的关系
• 5.2.5 斜坡速度信号输入下的稳态误差与静态速度误差系数
• 5.3 平台对地扫描观测任务MATLAB仿真及分析
• 5.3.1 Matlab/Simulink仿真原理图
• 5.3.2 方位扫描的工作行程及非工作行程的运动仿真
• 5.3.3 系统带宽及型数对加速度性能影响的仿真
• 5.4 扫描平台机电系统设计建议
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A DSP电路图
• 附录B ADS8364采集电路图
• 附录C DAC7614输出电路图