伞载数据采集系统与归航控制方法的研究

发布时间：2017-09-02 20:27

  本文关键词：伞载数据采集系统与归航控制方法的研究

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【摘要】：近年来,翼伞在救灾物资投放、作战补给和航天器回收方面显示出强大的优越性。翼伞空投系统受到广泛研究。但由于翼伞空投数据有限,难以满足理论研究与应用的需求,因此本课题提出了研发伞载数据采集与控制系统的构思,采集翼伞降落过程中翼伞状态数据和大气参数,并对翼伞归航进行自主控制,并应用于工程实践。本文首先研究了伞载数据采集与控制系统,设计了翼伞空投系统的总体架构,分析了翼伞空投系统的组成模块。在具体应用背景下,详细分析了伞载数据采集与控制系统的硬件平台和传感器选型,并详细介绍了操作系统的选型、裁剪和安全性。同时为硬件模块设计了伞载数据采集系统核心电气腔体和假人外壳结构,使设备集成于一体,提高了设备的稳定性和可靠性。其次设计了伞载数据采集系统软件架构,实现了各传感器数据采集模块,包括航姿参考系统、GPS模块、单轴加速度、数据采集卡模块、气压传感器模块;设计了合理的数据传输帧格式,采用霍夫曼编码的压缩方法对数据进行压缩,减少了数据发送量,提高了数据收发速度和伞载数据采集系统的实时性;设计了伞载数据采集系统与地面站的通信协议,确保了通信的实时性和可靠性。随后研究了翼伞归航控制方法。依据项目实际需求,采用PID控制作为翼伞归航控制方法;分析了PID控制的基本原理和控制器参数对PID控制性能的影响;由于PID参数的工程整定方法复杂且精度不高,本文采用遗传算法整定PID参数;对遗传算法的选择、交叉、变异算子进行改进,将改进的遗传算法用于PID参数优化,取得了较好的效果。最后本文对伞载数据采集系统核心电气腔体进行室外投放试验,通过对腔体内外加速度值的采集及分析,验证了核心腔体外部减震层起到了良好的减震效果。
【关键词】：翼伞空投 数据采集 数据通信 PID控制 遗传算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249;TP274.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 翼伞结构及应用12-14
• 1.3 国内外空投系统研究现状14-15
• 1.4 数据采集系统概述15-16
• 1.5 翼伞航迹规划与归航控制方法概述16
• 1.6 本文研究内容与章节安排16-18
• 第二章 伞载数据采集与控制系统架构设计18-44
• 2.1 翼伞空投系统总体架构18-19
• 2.2 伞载数据采集与控制系统软硬件平台设计19-39
• 2.2.1 硬件模块选择与设计19-37
• 2.2.2 软件平台37-39
• 2.3 伞载系统封装外壳设计39-43
• 2.3.1 伞载数据采集系统核心电气腔体设计39-40
• 2.3.2 伞载系统假人外壳设计40-42
• 2.3.3 伞载系统外套设计42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 伞载数据采集系统软件设计44-64
• 3.1 伞载数据采集系统软件架构44-45
• 3.2 伞载数据采集系统软件分模块设计45-63
• 3.2.1 航姿参考系统数据采集模块实现45-48
• 3.2.2 GPS数据采集模块实现48-49
• 3.2.3 单轴加速度数据采集模块实现49-50
• 3.2.4 数据采集卡模块实现50-53
• 3.2.5 气压数据采集模块实现53-57
• 3.2.6 帧格式57-60
• 3.2.7 数据压缩60-61
• 3.2.8 通信协议61-63
• 3.3 本章小结63-64
• 第四章 翼伞归航控制方法的研究64-87
• 4.1 翼伞归航方案及控制方法综述64-65
• 4.1.1 翼伞归航方案介绍64-65
• 4.1.2 翼伞归航控制方法介绍65
• 4.2 PID控制原理65-72
• 4.2.1 PID控制器的结构65-66
• 4.2.2 控制器参数对PID控制性能的影响66-67
• 4.2.3 数字PID控制器67-72
• 4.3 遗传算法原理72-75
• 4.3.1 遗传算法搜索过程72-73
• 4.3.2 遗传算法实现技术73-75
• 4.4 遗传算法的改进75-77
• 4.4.1 选择算子的改进76
• 4.4.2 交叉算子的改进76
• 4.4.3 变异算子的改进76-77
• 4.5 改进遗传算法优化PID参数77-86
• 4.5.1 改进遗传算法搜索函数最值77-82
• 4.5.2 改进遗传算法优化PID控制器参数82-86
• 4.6 本章小结86-87
• 第五章 伞载数据采集系统实验及分析87-90
• 5.1 伞载数据采集系统封装外壳实物87-88
• 5.2 稳定性及抗冲击性测试88-89
• 5.3 数据压缩测试89
• 5.4 通信测试89
• 5.5 本章小结89-90
• 第六章 总结与展望90-92
• 6.1 本文主要工作总结90
• 6.2 本文工作展望90-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96

【参考文献】

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本文编号：780732