浅谈基于三轴自主跟踪平台的研究与实现——系统控制算法与软件设计

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1、南京理工大学硕士学位论文基于三轴自主跟踪平台的研究与实现——系统控制算法与软件设计姓名：杜江鹏申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郭健20100620硕士论文基于三轴自主跟踪平台的研究与实现摘要移动卫星通信系统(“动中通"系统)可以满足载体在任何时间、任何地点、任何情况下通信的需求，基于三轴自主跟踪平台的设计是“动中通"系统的核心技术，其可以隔离载体在运动过程中的扰动，保持天线稳定跟踪卫星信号。本论文针对应用于海上舰船的“动中通"系统，进行了以下研究工作：1．提出三轴自主跟踪平台的总体设计方案，包括机械结构设计、系统组成、

2、所用器件选型等；2．针对陀螺的噪声信号，在频域上应用了椭圆滤波器的滤波处理方法，在时域上应用了递推最小二乘多项式拟合的处理方法，并对陀螺的静态与动态输出进行仿真计算，通过分析比较，将递推最小二乘多项式拟合的算法应用到实际系统中，并给出了实际系统的陀螺信号处理结果。3．分析了本系统的三轴结构及三轴跟踪机理，提出了方位、俯仰闭环控制结构，横滚前馈补偿的控制策略；针对方位系统，分别设计了智能分区PID控制、滑模变结构控制方法，并进行了仿真验证；4．采用模块化思想，完成了系统软件设计，主要包括初始对星模块、稳定跟踪模块、监控模块，给出了各个部分的

3、软件实现方法、软件流程图；5．对系统进行软硬件联调，通过三轴运动模拟器模拟船只在海上航行的扰动，对比研究不同控制策略下的控制效果，实际结果表明方位一俯仰闭环、横滚前馈补偿的控制策略，以及方位采用智能分区PID的控制方法效果较好，基本实现本系统提出的设计指标；最后总结了本文的研究成果和不足之处，并对三轴自主跟踪平台的研究工作进行了展望。关键词：三轴结构，初始对星，稳定跟踪，智能PID控制，滑模变结构控制Abstract硕士论文Mobilesatellitecommunicationsystemcanmeettheneedsofcame塔’c

4、ommunicationunderanycircumstances．Thedesignoftheplatformbasedonthree-axisself-determinationtrackingsystemistheCOretechnologyofmobilesatellitecommunication．Itcouldisolatetheinterruptsbroughtbythecarriers，andkeeptheantennainalignmentwiththesatellite．Thispaperincludessomeres

5、earchworkasfollows：1．Thecontroldesignproposalisgivenaimingatthemarinemobilesatellitecommunication,includingthemechanicalstructuredesign,andthechooseofdevicesandsystemcomposition．2．Byanalyzingthefeatureofthegyroscopes'signal，ellipticfilteringmethodandrecursiveleastsquaresp

6、olynomialfittingmethodareproposedandusedtothesystemincludingthestaticanddynamiccircumstances．Theresultofsimulationconfirmthattherecursiveleastsquarespolynomialfittingmethodismotesuitabletotheplatform．3．Tosolvethethree-axistracingcontrolmethodproblemintheplatform，severalco

7、ntroltacticsalepresented．Throughanalyzingthedifferenttactics，themethodofazimuth-elevationaxisdosedloopand(,'rosslevelaxisfeedforwardcompensationisusedtothesystem．Focusingontheazimuthsystem,theintelligentpartitionPIDcontrolmethodandtheslidingmodecontrolmethodisadoptedtocon

8、trolit．Besides，thesimulationresultisgiven．4．Thesoftwareofthewholesystemisdesigned,whichincludess