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四轴转动框架空间姿态控制及误差补偿
| 论文题名： | 四轴转动框架空间姿态控制及误差补偿 |
| 关键词： | 模糊控制;摩擦补偿;四轴框架;姿态控制 |
| 摘要： | 船舶在海上航行过程中，受到风浪的影响，船舶的姿态随时都在变化，这些影响因素会使卫星天线的接收效果下降，甚至与卫星失去联系。本文以四轴框架为研究对象，结合船舶航行的现实情况，对四轴框架的控制算法进行研究，并对影响框架稳定精度的摩擦因素进行分析，提出了一种四轴框架的误差补偿算法，最后设计出本文提到的四轴转动框架平台。 本论文主要完成的工作如下： 首先，根据四轴框架的结构特点，由内框架到外框架分别对其建模，并对动力学特性进行分析，最后建立四轴框架的综合系统模型。由于四轴框架的相临轴正交，所以交叉轴之间有很大的耦合关系，设计了基于李亚普诺夫函数的解耦方法，用 MATLAB仿真进行验证。 其次，根据四轴转动框架的结构特点对其运动学特性进行分析，提出了三轴联动的姿态解算方法和四轴联动的姿态解算方法，并对两种方法进行了仿真比较。基于四轴转动框架的设计方案，对元件进行选型。 再次，对本系统误差进行分析，以方位轴子系统为例，重点分析了摩擦对系统低速特性和位置跟踪特性的影响，设计一种基于摩擦模型的摩擦前馈补偿算法，并对摩擦补偿效果进行分析。 然后，根据上述的解耦之后的子系统和推导出的每个轴应该转动的角度，对控制算法进行研究，主要研究了模糊PID控制和滑模控制，分析对比控制效果。通过simulink仿真实验箱分别为以上设计的两种先进算法同传统PID控制算法进行在线仿真比较，说明先进PID控制算法在本次设计的控制系统中的优良性能。 最后，四轴转动框架的软硬件实现，并对主要软硬件设计进行介绍，并进行了相应的调试和实验。通过实验发现本文设计的四轴转动框架控制系统可以使船舶在航行状态下接收的卫星信号满足误差要求。 |
| 作者： | 蔡建昌 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 王景刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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