三轴转台控制系统的研究

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1、硕士学位论文三轴转台控制系统的研究RESEARCHOFTHREE-AXISTURNTABLE’SCONTROLSYSTEM鲍国强哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开工学硕士学位论文三轴转台控制系统的研究硕士研究生：鲍国强：导师：曾庆双教授：申请学位：工学硕士：学科：控制科学与工程：所在单位：航天学院：答辩日期：2016：年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TP391.9U.D.C:681.3Diss

2、ertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFTHREE-AXISTURNTABLE’SCONTROLSYSTEMCandidate:BaoGuoqiangSupervisor:Prof.ZengQingshuangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ControlScienceandEngineeringAffiliation:DepartmentofaeronauticsDate

3、ofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着航空航天事业的发展、惯导系统地位不断提升，同样对惯性元件精度的要求也逐渐变高。与此同时，作为惯性元件的测试平台，转台精度也日益提高。本文主要以三轴转台为研究对象，针对存在耦合的数学模型，提出三轴转台的解耦方法，并在解耦的基础上对三轴转台控制算法及相关性能进行探究。首先建立三轴转台的数学模型。建立无刷电机数学模型并得到电机

4、系统简化形式。分别推算内、中、外各自框架的单独模型，并利用力矩的相互作用为枢纽，将内、中、外框架的数学模型联系在一起，得到三轴转台存在动力学耦合的综合状态方程，并对转台模型进行仿真，验证框架间耦合的存在性。通过静态辨识方法分别进行主对角线辨识和定位角辨识，并得到转台惯量矩阵。之后对非线性反馈解耦和基于李导数解耦算法进行推导研究，并针对前一种解耦方法进行仿真，验证解耦算法的有效性。然后对时变滑模变结构控制进行研究。针对干扰对转台性能影响问题，设计了时变滑模控制器，且进行了收敛性证明。之后比较了时变滑模与传统滑

5、模对系统性能的影响以及在消除抖振方面作用。为进一步比较时变滑模与传统滑模对系统跟踪性能影响，采用阶跃信号与正弦信号下进行仿真验证。最后对时变滑模控制算法进行优化，研究迭代学习控制和神经网络在系统中的优化作用。在起始周期振荡阶段，系统采用迭代控制，使系统误差不断减小，且收敛；当误差满足一个极小值时，停止迭代控制，切换到滑模控制。虽然迭代学习控制在轨迹跟踪上具有较好的效果，但其存在明显的缺点是学习速度慢、迭代次数多等。随后，引入神经网络算法，利用神经网络的优点来对迭代学习律增益进行改善，将在线学习，在线控制和改

6、善系统性能有效结合在一起。关键词：三轴转台；解耦算法；时变滑模；迭代控制；RBF网络I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftheaerospaceandaviationindustryrecentyears,theroleofinertialsystembecomesmoreandmoreimportant,andtheprecisionofinertiacomponentsalsomustbeimproved.Asthetestequipmentofine

7、rtialcomponents,thethree-axisturntablemustbeimprovedinprecision.Consideringthecouplingeffectexistinginturntablesystem,thedynamicmodelofthree-axis-turntablewillbederived,andsomedecouplingalgorithmswillbepresented.Aftertheturntablesystemisdecoupled,controlli

8、ngalgorithmsandrelatedperformancewillberesearchedinnextchapters.Firstly,themathematicalmodelofthree-axisturntableisconstructed.Themodelofbrushlesselectricmotorisestablishedandsimplifiedmotormodelisgiven.Based