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电动三轴稳定跟踪平台控制策略研究
| 论文题名： | 电动三轴稳定跟踪平台控制策略研究 |
| 关键词： | 军用舰艇;末制导跟踪设备;跟踪性能;滑模控制 |
| 摘要： | 本课题主要来源于海军某部队的舰载末制导跟踪实验项目，舰艇上的末制导跟踪设备是影响军舰战斗力的一个重要因素，末制导跟踪设备要完成对目标的稳定跟踪，需要隔离舰艇的晃动，保证制导设备的地理水平稳定。本课题主要是分析舰艇稳定跟踪平台的工作模式，研究其工作原理，基于稳定跟踪系统稳定性、快速性以及精准性的要求，研究提高系统自稳以及跟踪性能的控制策略。 根据课题提供的要求，分析稳定跟踪平台的工作模式，研究稳定跟踪平台的工作原理，同时确定系统的驱动方案，确定系统的关键参数。 按照控制理论建立单通道电机伺服位置控制系统的数学模型，得到以电机的电枢电压输入，电机角位移为输出的传递函数模型。为提高系统性能要求，按照工程设计方法，设计从内到外为电流环、转速环、位置环的三闭环位置控制系统，并按典型Ⅰ型系统要求配置电流调节器(ACR)，转速调节器(ASR)以及位置调节器(APR)的参数，在这基础上分析系统在无外界干扰情况下的稳定性、准确性、快速性。 根据稳定跟踪平台的实际工作情况，引入位置控制系统的主要干扰，一方面，平台姿态的改变导致控制对象的转动惯量改变，从而使得传递函数结构改变；另一方面稳定跟踪平台工作时存在摩擦力矩干扰，由于平台的低速性，引入Stribeck摩擦模型，使得原来的线性系统变成非线性系统。建立Simulink仿真模型，在经典PID控制下，完成系统的单位阶跃响应以及正弦跟踪仿真，仿真结果表明经典PID在非线性系统控制中，没有使得系统稳态和动态性能达到一个良好的结果。 针对采用经典PID控制，非线性系统的响应输出准确性以及快速性没有达到要求这一问题，引入滑模变结构控制，消除系统由于控制系统结构改变、不连续等带来的影响。本课题采用基于指数趋近律的方法设计滑模控制器，得到以角位移误差、角速度、加速度、输入信号一阶以及二阶微分为输入的控制器，并搭建Simulink模型，进行系统单位阶跃响应以及正弦跟踪仿真，将仿真结果与采用经典PID控制的对比表明：滑模变结构控制器具有更好的快速性，满足系统动态要求，降低稳定误差，且能更好地抵抗外界干扰，抑制系统结构参数变化等对系统带来的影响，达到良好地控制效果。 最后通过稳定跟踪平台在舰艇上的阶跃跟踪、系统自稳、方位跟踪实验，验证位置控制系统数学模型建立的合理性，比较经典PID控制与滑模变结构控制的性能，实验表明滑模变结构控制在稳定跟踪平台的阶跃响应、自稳以及方位跟踪的控制中，系统各项指标均满足要求，其控制性能较PID控制优越。 |
| 作者： | 钟瑞琼 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张广玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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