船载卫通天线系统环境模拟三轴摇摆台设计

发布时间：2020-08-28 17:10

　　 三轴摇摆台是集机械技术、传感器检测技术、计算机控制技术等于一体的高性能综合实验设备。作为设备测试仿真领域中关键设备,三轴摇摆台在科学实验中起到重要作用,其性能直接关系到实验和测试结果的可靠程度。目前,摇摆台性能正向着更高的精度、更多功能、更加自动化的方向发展,这就对其控制系统和机械系统的整体设计提出了更高的要求。本文以公司“船载动中通卫星天线系统”项目研发需求为背景,主要设计了基于STM32F407ZGT6和无刷直流电机的三轴摇摆台伺服控制系统,并对齿隙的非线性问题进行理论分析研究,结合其特性给出了一种提高摇摆台精度的控制策略。该研究工作对三轴转台控制方法的设计,以及提高转台控制系统的整体性能具有实际的工程应用价值。本文首先结合三轴摇摆台技术指标、各部分的组成及系统的工作原理,设计了经典的三轴框架结构并简单介绍系统控制策略及工程实现方法。接下来介绍伺服控制系统的硬件实现,其中包括主控芯片选型,传感器使用,无刷直流电机选型及驱动设计等。然后根据系统结构特性用解析法经过数学推导建立了系统的模型,在MATLAB软件上进行仿真,进一步分析了减速器齿隙的非线性模型。本文以常规PID控制为基础,采用了角速度误差负反馈控制策略,根据编码器位置信息实时调整输出转速,测试结果表明此方法可以实现系统相关功能,但在系统精度和跟随性能方面还有待提高。本文还提出了采用最优控制方法,在系齿隙部分稳定运行时采用常规PID控制,使系统输出响应跟随给定目标值变化；在齿隙空程阶段采取时间最优控制,使减速器输入轴快速通过齿隙,系统在对应时刻进行PID控制的切换,由于齿隙较小且变化为非线性,此方法工程实现有一定难度,目前还未实现。最后,结合摇摆台上位机人机操作界面,实现了上下位机之间的通信,从指令发到摇摆台运行然后实时显示运行状态,完成了对摇摆台系统的运动控制。
【学位单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：U665.2

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本文编号：2807888