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原文传递舰船稳定平台控制系统的研究

论文题名：	舰船稳定平台控制系统的研究
关键词：	舰船稳定平台;控制系统;干扰观测器;自抗扰控制器
摘要：	舰船在海面容易受到海浪的作用而摇摆，导致舰船上需要时刻保持稳定状态的平台发生变动，因此为保证载物平台始终保持稳定状态设计了应用于舰船的稳定平台控制系统。稳定平台使被稳定对象无论在何种运行条件下都能够时刻保持相对位置不发生变化，对造成平台位置变化的各种扰动进行抑制的装置。本论文设计了适用于舰船上的稳定平台控制系统，从控制策略、器件参数选择以及扰动抑制角度展开研究，旨在设计一种抗干扰能力强、动态性能好的舰船稳定平台控制系统。　　首先设计了能够承载30kg物体，用于舰船稳定平台的三环控制系统方案，同时根据本文设计要求对姿态信息采集单元、伺服电机以及相匹配的伺服驱动器进行选取。然后结合伺服电机和负载平台结构搭建了运动学模型。为了实现稳定平台的高精度控制，在电机和稳定平台运动学模型的基础上按照多环系统“由内向外”的原则分别设计了适用于本文的电流环、速度环和位置环的多闭环串级控制系统模型。并通过对各环节不同参数下的频域特征进行分析，从中选择能够保证系统稳定且具有良好动态性能的最优参数进行系统设计。其次速度环作为控制系统中对扰动最为敏感的环节，在速度环中引入干扰观测器，通过分析可知经典干扰观测器能够较好的抑制低频扰动，但对于模型摄动和测量噪声的抑制能力较差。针对这一问题在速度反馈信号中加入另一个经干扰观测器估算的另一补偿信号。再次设计了应用于本文位置环的自抗扰控制器，通过对系统位置输出和给定位置信号控制量分别进行采集，并利用设计的状态误差观测器对系统状态进行估计和补偿，提高稳定平台位置稳定性能。　　最后利用MATLAB建立系统仿真模型，通过仿真结果分析可知设计的舰船稳定平台控制系统具有较高的稳定性和优异的动态性能。设计的改进型干扰观测器能够较为准确的对测量和模型扰动以及外界干扰力矩进行估计和补偿，在位置环中使用自抗扰控制器的控制策略与同样系统在位置环使用PID控制的系统超调量有明显降低，舰船稳定平台的系统调节时间也由原来的500ms降低到50ms，同时控制系统动态性能和扰动抑制能力得到较大提高。
作者：	杨兆鹏
专业：	仪器科学与技术
导师：	林海军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文