两轴船载稳定平台控制系统设计与研究

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1、硕士学位论文两轴船载稳定平台控制系统设计与研究DESIGNANDRESEARCHCONTROLSYSTEMFORTWO-AXISSHIPBORNESTABILIZEDPLATFORM李猛哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN911学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文两轴船载稳定平台控制系统设计与研究硕士研究生：李猛导师：付石友教授申请学位：工程硕士学科、专业：集成电路工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN911U.D.

2、C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDRESEARCHCONTROLSYSTEMFORTWO-AXISSHIPBORNESTABILIZEDPLATFORMCandidate：LiMengSupervisor：Prof.FuShiYouAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringAffiliation：SchoolofInformationand

3、ElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要当船体受到海风、海浪等海洋扰动的作用时，会影响到舰船上的雷达、卫星通信系统等设备的稳定性，船载稳定平台能够隔离载体扰动，保证平台上的设备相对惯性坐标系稳定。本课题以两轴船载稳定平台为对象，针对稳定平台的控制系统展开了设计与研究。首先，对稳定平台系统的总体设计进行了介绍。从理论上分析了两轴稳定平台的稳定原理，对系统

4、的组成进行了详细论述；设计了基于速度内环和位置外环的双闭环控制结构，并针对船载稳定平台的特点和传统PID控制算法的局限性，设计了模糊自适应PID控制算法。其次，根据系统的总体设计方案，对系统的各组成部分建立了数学模型，并运用MATLAB软件对系统数学模型进行了仿真。通过对系统校正前和校正后仿真结果的对比分析，验证了控制算法的有效性。在系统总体设计和数学模型仿真分析的基础之上，从软硬件两方面对系统的工程实现进行了详细介绍。设计了基于MEMS惯性器件的姿态检测单元电路和直流力矩电机驱动电路；编写了基于LabVIEW软件环境的系统控制程序，实现了友好

5、的人机交互界面，并可以对系统参数和数据在线实时显示。最后，对控制系统进行了实验测试。利用本文所设计的模拟海浪运动实验装置，对稳定平台控制系统进行了稳态误差、动态性能及稳定精度等主要参数的测试。测试结果表明，稳定平台控制系统的各项技术指标满足使用要求；在外部干扰情况下，航向轴稳定精度≤1.5°，俯仰轴稳定精度≤1.0°。关键词：船载稳定平台；模糊自适应PID；MEMS惯性器件；LabVIEWI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThestabilityoftheshipboardequipmentssuchasradarandcommu

6、nicationssystemwillbeaffectedwhentheshipreceivesthewaves,seabreezesandothermarinedisturbances.Theshipbornestabilizedplatformcanisolatethedisturbanceofthecarrierandensurethestabilityoftheequipmentintheinertialframe.Thispaperconductsadesignandresearchonthecontrolsystemofthetwo

7、-axisshipbornestabilizedplatform.Firstofall,thegeneraldesignofthecontrolsystemofstabilizedplatformwasintroduced.Aftertheanalysisofstabilizingprincipleofthetwo-axisstabilizedplatformintheory,thecompositionofthewholesystemwasproposedindetail,andthenthedouble-feedbackcontrolstr

8、ucturewithvelocityloopandpositionloopwasestablished.Consideringthefeatureof