穴洪刚[1]2004年在《转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究》文中指出本文是以某转塔伺服系统工程设计为研究背景，介绍了该数字伺服系统的总体设计方案。接着详细介绍了控制系统和反馈测量回路系统的设计及调试过程中出现的问题和解决方法。本文利用实验法，建立了转塔伺服系统的模型，并用MATLB仿真，验证了模型的准确性。在控制算法方面，设计了智能控制算法，同时引入复合前馈控制，仿真结果表明利用此方法能够获得很好的控制效果。实际调试结果证明该伺服系统的设计达到了要求的性能指标。最后，用两种方法就PID参数的整定问题做了进一步的研究。首先，设计了基于LMI参数整定的PID控制器，可用LMI工具得到PID控制器中的叁个基本参数；本文还设计了非线性PID控制器，用遗传算法寻优得到PID控制器的所有参数，实现了PID控制参数的自整定。仿真结果证明控制效果良好。
宋永君[2]2008年在《转塔跟踪伺服系统的设计与特性仿真》文中提出现代科技发展突飞猛进,以交流伺服电动机为执行元件的交流伺服驱动系统得到了广泛应用。交流伺服系统具有体积小、过载能力强、输出转矩大、不存在电刷磨损、无需经常维修等优点,因此交流伺服驱动已成为现代伺服驱动发展的方向。本文以转塔跟踪伺服系统设计为研究背景,首先介绍了该数字伺服系统的总体设计方案,包括系统的技术指标、组成、工作原理、关键技术及难点。根据系统的技术指标要求确定了系统采用的驱动方案,通过计算确定了系统的执行元件、测量元件以及相应的采集卡,特别对所选择的电机进行了功率校验计算。通过研究分析转塔系统的组成,建立了转塔俯仰、方位跟踪伺服系统的数学模型,并通过机理分析和实验的方法确定了数字模型的相关参数。另外还对转塔跟踪系统的俯仰、方位两个自由度的耦合动力学特性进行了分析和仿真,结果表明其相互的影响可以忽略。本文特别对转塔系统的控制算法作了深入的研究,介绍了经典PID控制算法并对采用经典PID算法的转塔系统进行了仿真研究,通过仿真曲线可以看出,采用经典PID控制时系统的精度和性能不能满足系统的指标要求。为此研究了转塔系统智能PID控制算法,并针对系统的实际情况引入前馈补偿控制。仿真结果表明采用智能PID和前馈补偿的复合控制方法能够获得很好的控制效果,满足系统的技术指标要求。由于智能PID参数的整定需要具有专家经验,一般采用试凑的方法,因此本文设计了基于LMI参数整定的PID控制算法,在不同程度上实现了PID参数的自整定。另外,本文设计了基于PC/104总线的转塔计算机伺服系统硬件方案,研究了信号调理、信号隔离以及通讯接口硬件模块的功能以及特点。
王大举[3]2014年在《CVT锥盘车磨复合加工数控技术研究》文中指出锥盘是金属带式无级变速器的关键零件，数控立式车磨复合加工中心是生产加工该零件的核心装备。目前市场上此类装备的设计制造被少数发达国家垄断，加快研制具有自主知识产权的CVT锥盘高速精密车磨复合加工中心，实现应用替代进口，对于推进汽车自动变速器国产化，促进产业结构调整和升级具有重要意义。本文依托国家科技重大专项“数控立式车磨加工中心”开展数控系统方面的研究工作，主要完成工作如下：1分析金属带式无级变速器结构原理及其关键部件CVT锥盘的结构特征，归纳总结锥盘生产工艺指标和复合加工中心性能技术指标；阐述了机床机械本体结构特点、主要零部件设计及其工作原理，介绍了工件电主轴在车、磨两种加工状态下处于高速旋转及分度定位两种不同工作模式的设计原理；针对CVT锥盘工艺路线制定了详细的机床控制流程，并提出复合加工中心控制系统设计要求。2研究了开放式数控系统模块式体系结构，从控制系统性能要求、系统可重构性及功能可扩展性等方面进行了构建开放式数控系统的必要性分析；分析开放式数控系统实现途径，结合课题需求，设计了基于PC+运动控制器结构的开放式数控系统；完成了系统硬件装置选型、伺服系统闭环控制模式分析，通过细分电路设计解决工件电主轴和旋转刀架的精密圆周分度定位问题，并完成机床电气系统主回路和控制回路的设计。3通过采用一种新型的基于光电开关的寻边定位方法实现对CVT锥盘内孔直线沟道的在线中心位置找正，阐述了该方法具体设计原理并进行了试验验证；通过采用精密位移传感器、专用测量装置实现了锥盘内孔孔径和端面锥度的单工位在线测量功能；研究了运动控制器PID整定原理，并进行了电机伺服特性调试，提高了伺服控制系统的刚性和稳定性。4采用面向对象软件开发技术，基于.Net平台在Visual Studio开发环境下运用C#程序编程语言进行控制系统软件开发，依据复合加工特点进行了系统软件功能模块规划；研究运动控制器动态链接库调用机理，编程实现了系统软件通讯连接、文件管理、加工状态显示等主要功能，完成了友好人机界面的开发设计工作。
孙德[4]2011年在《基于DSP的火箭发射架位置伺服控制系统的设计与研究》文中进行了进一步梳理本文以某多管火箭炮发射架交流位置伺服系统为研究对象,从控制策略、硬件电路和系统控制软件叁个方面进行了深入研究。在该伺服系统的总体方案设计基础上,论文的主要工作在于研究先进控制策略在伺服控制中的应用,在建立了位置伺服系统的执行机构永磁交流伺服电机的数学模型后,完成了电流环和速度环的设计,为位置环应用先进的控制策略打下基础。对神经网络在控制系统中的应用进行简要介绍后,完成了构建神经网络时训练算法的改进和样本的选取。文中指出了RBF神经网络调节PID控制器直接应用在此伺服系统中的缺点,采用非线性PID与其复合的控制策略,利用误差值在两种控制器之间进行切换,在此之后,论文研究了直接应用RBF神经网络作为控制器并将其与经典PID控制器联合使用的控制效果,并通过仿真验证这两种复合控制策略的控制效果。硬件方面设计了基于DSP数字处理器的位置控制电路主要包括：(1)基于旋转变压器的位置采集电路；(2)设计了基于RS422/485的与上位机的通信电路；(3)利用DSP自带McBSP模块配置成SPI串口通过SC16IS752进行SCI串口扩展,以实现对驱动器通信；(4)信号放大与调理电路及其它辅助电路。最后,完成了系统软件程序的设计,包括串口通信收发数据规则的制定和旋变粗精通道解码的合成,并以多管火箭炮为实验平台,验证了软硬件设计的正确性与控制策略的有效性。
姚松坡[5]2016年在《基于DSP+FPGA的伺服加载系统研究与设计》文中进行了进一步梳理现代信息化战争对火箭炮炮控装置的可靠性、准确性和机动性均提出了较高的要求,在炮控装置研制过程中对其控制核心的随动系统进行性能测试,是提高炮控装置整体性能的重要手段。由于在火箭炮调转和射击时炮控系统负载端受力复杂且多变,产生的多余力矩对炮控装置性能造成较大的影响。本文在对某型号火箭炮炮控装置负载环境进行模拟的基础上,分析了炮控装置多余力矩产生的原因;研究并设计了相适应的电动伺服加载系统,在该型武器总装前对其随动系统的动态性能进行测试与考核,有效地缩短炮控装置的研制和生产周期。本论文的主要研究工作集中在以下几个方面:(1)介绍电动伺服加载系统结构组成与工作原理,采用矢量控制原理对永磁同步电机进行模型建立,并对扭矩传感器、转动惯量盘和系统整体的数学模型进行推导;详细分析加载系统多余力矩和不确定与非线性因素产生的原因,为系统辨识策略选用、随动控制器设计和半实物仿真的研究奠定了理论基础。(2)由于电动伺服加载系统存在复杂的非线性因素,难以建立系统的精确数学模型,故采取离线训练与在线调整的神经网络辨识策略。为保证神经网络的收敛速度以及避免系统振荡现象产生,采用灰模型预测对RBF神经网络进行优化;在分析基于精确模型的前馈补偿控制器基础上,设计了基于灰模型预测和RBF神经网络自适应PID控制器;为验证抑制电动伺服加载系统多余力矩所提出辨识算法的有效性和实用性做准备。(3)针对作为炮控装置核心的随动控制器以及在对比其处理器架构实现形式的基础上,确定基于DSP-TMS320F28335和FPGA-XC4VLX15为主体的随动控制器硬件总体方案;依据DSP与FPGA各自程序处理机制,确立随动控制器软件总体方案,结合该炮控装置作战打击环境,阐述几种抗干扰措施。(4)搭建本论文火箭炮炮控装置电动伺服加载系统半实物仿真实验平台,并将所提出的控制策略和所设计的随动控制器在该平台上进行验证,实验结果均满足该型炮控装置随动系统的性能指标要求,对实际工程应用有较好的指导和参考作用。
杨培庆[6]2016年在《可变角度机载高光谱成像系统研究》文中认为因能获取地物目标的多维信息,多角度高光谱成像系统在森林探测方面展现出了巨大的应用优势。传统的多角度高光谱成像系统是利用多台高光谱成像仪按不同角度安装固定的方式来设计实现的,这种设计方案使得多角度高光谱成像系统不仅结构复杂、体积大,而且系统的成本非常高;同时还存在探测角度无法改变的问题。采用可变角度探测来获取多角度高光谱数据是一种行之有效的方法。本课题以获取高质量的多角度高光谱图像为目标,提出一种基于成像系统探测角度变化来实现对地物目标多角度图像数据获取的方案。首先从理论上分析高光谱成像光谱仪的工作原理,为研制高光谱成像子系统奠定理论基础;在航拍的过程中改变探测角需要以高精度的视轴指向为前提,基于航空遥感的特点提出一种角度复合稳定控制的技术方案,详细论证该技术方案的原理与可行性,为系统探测角度可变功能的实现提供理论依据。然后从系统实现的角度确立了设计指标。详细论述高光谱成像子系统、角度复合稳定控制子系统、飞行姿态监测子系统的设计实现。最后对研制出来的可变角度机载高光谱成像系统样机加以功能验证和测试。通过实验室手段测量成像系统的总视场角、瞬时视场角、系统控制误差、系统成像效果来验证系统是否达到设计指标;通过实验室的光谱标定和辐射标确定高光谱成像系统探测器的响应与实际输入之间的关系;通过实验室模模拟外场环境实验验证复合控制下系统角度指向精度是否达到设计指标。
李辉[7]2009年在《某车载遥控武器站的初步研究》文中指出本文在深入研究国外遥控武器站的研究情况和发展趋势的基础上,进行了某新型遥控武器站的总体方案与结构设计,并进行了伺服控制系统和动力学等方面的深入研究。根据拟设计的遥控武器站的各项静态及动态参数,设计了该遥控武器站转塔的具体结构,包括观瞄系统、驱动系统、稳定系统,并选配了武器系统。详细分析了永磁同步电动机的数学模型,建立了该武器站交流伺服系统被控对象的数学模型,研究了交流伺服系统的矢量控制策略。对系统的控制器进行了深入的分析和设计,并且对系统进行了常规PID控制策略的仿真,结果表明在参数匹配良好的情况下,系统可以取得较好的性能。根据对高低机和方向机伺服系统制定的控制策略,利用电控仿真软件MATLAB和动力学仿真软件ADAMS接口模块ADAMS/Controls,对该遥控武器站控制系统和机械系统进行了联合仿真,得出了各级传动系统的运动规律。将机械部分的物理特性和动力学特性更加全面地反映到控制系统中,使高低机和方向机仿真的可信度更高,为该遥控武器站的进一步深入研究打下了坚实的基础。
马吴宁[8]2015年在《轻型武器站跟踪瞄准与发射控制研究》文中进行了进一步梳理论文以轻型武器站为研究对象,以提高武器站作战效能为目标,针对行进机动过程的路面随机干扰、跟踪瞄准过程的机械力学量变化和连续射击过程的发射载荷扰动等动力学特性影响,采用理论、仿真和试验相结合的研究方法,开展稳定搜索控制、位置跟踪控制和发射响应控制的理论与方法研究,具有重要的理论意义和实用价值。学位论文主要开展以下几个方面的研究工作:(1)利用多柔体系统动力学理论,建立轻型武器站动力学模型;根据电机原理与控制理论,推导武器站电气部分的数学方程,采用PID与前馈复合控制方法,建立电气控制部分的数值仿真模型;在电气控制部分数值仿真模型中嵌入多柔体系统动力学模型,建立起轻型武器站动力学与伺服控制耦合分析模型。(2)围绕轻型武器站作战使用的行进机动、跟踪瞄准和连续射击等过程,针对各过程分别具有的路面随机干扰、机械力学量变化和发射载荷扰动等动力学特性影响,开展轻型武器站动力学与跟踪控制的联合仿真,揭示了武器站负载和惯量等动力学特性变化对跟踪精度的影响、对电机输出力矩的需求和不平衡力矩的伴随规律;完成了轻型武器站发射动力学与响应控制的联合仿真,联合仿真与射击试验的结果对比表明,枪口加速度和身管位移的相对误差均小于10%,验证了发射动力学与响应控制联合仿真方法的正确性。(3)搭建DSP位置控制器,完成高性能D/A转化模块、RDC模块、DSP最小系统控制模块和旋变励磁电路模块等电路设计,构建轻型武器站试验样机,为稳定搜索控制、位置跟踪控制和发射响应控制的试验研究工作奠定基础。(4)针对稳定搜索控制的路面随机干扰,提出了通过试验确定控制参数的PID与前馈复合控制方法,完成各系数对控制效果影响的试验研究,确定PID与前馈复合控制的具体模型;针对本轻型武器站,选定比例系数Kp取值2.5左右,积分系数Ki取值0.2左右,一阶前馈系数Kf,取值4.0左右,二阶前馈系数Kf2取值16.0左右;为验证所选定的PID与前馈复合控制参数组合的正确性,开展轻型武器站路面行驶稳定搜索控制试验,通过直角转弯和转S弯工况下MIMU/GPS组合导航系统的测量,表明方位轴和俯仰轴稳定搜索误差均小于0.09°,验证了通过试验确定控制参数的PID与前馈复合控制方法具有较高的稳定搜索控制精度。(5)针对位置跟踪控制的机械力学量变化,将反推控制算法与滑模控制算法的优点相结合,提出了基于不确定性上界估计的反推滑模位置控制方法。利用自由度因子调整控制参数,减小参数摄动与外部干扰的影响,设计自适应律在线估计系统不确定性上界,完成反推滑模控制器设计和稳定性证明;进行了常值负载干扰和时变负载干扰仿真分析,开展了阶跃、等速和正弦跟踪工况的试验验证。仿真和试验结果表明,所设计的控制器可以有效提高武器站位置伺服系统对参数摄动和外部扰动的鲁棒性,并实现目标轨迹的全局渐进稳定跟踪。(6)针对发射响应控制的冲击载荷扰动,提出了基于扩张状态观测器的抗干扰控制策略,实现未知干扰信号的实时在线估计算法,仿真结果表明,所设计的扩张状态观测器能够很好地估计冲击载荷干扰值;提出了通过比例微分反馈控制器实现抗干扰设计,采用微分跟踪器避免噪声干扰对信号质量的影响,仿真结果表明,指令信号和跟踪信号曲线近乎重合,干扰载荷处的误差在10-2量级以内,验证了所设计抗干扰控制器的正确性和可用性;采用武器站发射响应控制策略,开展实弹射击试验验证,试验结果表明,与非受控状态相比,受控状态下弹着点散布降低了 36.8%,表明轻型武器站所采用的发射响应控制方法具有较好的抗瞬态强冲击扰动能力。(7)综合考虑轻型武器站稳定搜索、位置跟踪和响应补偿等控制要求,重点针对武器站路面随机干扰、负载与惯量大范围波动、粘性摩擦摄动、发射载荷冲击扰动和方位与俯仰框架间耦合干扰等影响因素,充分借鉴本文针对性单项研究的成果和经验,开展自适应鲁棒综合控制策略研究。提出了采用不连续映射方法使参数自适应过程受控,估计参数不超过预先给定范围;通过鲁棒控制器设计克服由不确定参数和位置非线性引起的模型不确定性,并确保不影响后续自适应律设计;采用输出微分观测器来估计跟踪角速度和角加速度值,避免微分运算造成的噪声放大。仿真计算表明,含微分观测器的自适应鲁棒控制策略具有很好的鲁棒性和很高的控制精度。
魏波[9]2017年在《齿轮传动性能测试数控平台研究》文中研究指明齿轮减速器作为机械设备中一种必要的传递运动和动力的通用零部件,其传动性能对于设备的运行性能具有重要影响。减速器的传动性能测试不仅对其设计制造起到反馈指导作用,也是检测产品是否合格的必要手段。目前传动性能测试平台主要为搭建式的通用测试平台以及各种专用测试平台,存在安装调整不方便、测试精度差或者应用范围狭窄,可扩展性差等问题。因此,开展新型齿轮传动性能测试平台研究,对于评价减速器的传动性能,探索高性能齿轮传动具有重要的理论意义和工程实用价值。本文设计了一种齿轮传动性能测试数控平台,通过数控系统调整平台的位置,可实现同轴、平行轴、相交轴、交错轴等类型减速器的测试。主要研究内容如下:(1)针对不同类型减速器的结构特点,通过比较提出了一种测试平台结构并选择了合适的定位平台;对平台开展模态分析,基于赫兹接触理论提出了交叉滚子直线导轨结合部刚度的计算方法,建立了平台在极限位置下的有限元模型,得到了平台的固有频率和模态振型。(2)确立了“PC+独立式运动控制器”的数控系统硬件结构;分析了半闭环伺服控制系统的结构原理,完成了ACR9000运动控制器的参数设置和I/O端口配置;根据PID控制原理对定位平台在实际工况下的PID参数进行整定,获得了高精度、高响应的控制性能。(3)根据平台的测试功能采用VB.NET语言进行了软件系统设计。基于软件的主要功能模块,设计了软件界面,重点对通讯模块、位置调整模块以及平台保护模块进行了详细设计和分析,实现了数控系统的准确、可靠运行。(4)完成了零部件设计加工及测试平台标定调试,对谐波减速器和蜗杆减速器样机开展传动效率测试,同时对定位平台开展振动测试,验证了平台具有良好的动态性能,实现了预期的测试功能。
侯靖波[10]2007年在《某型叁轴仿真转台伺服系统的设计与实现研究》文中研究说明仿真转台作为半实物仿真的主要设备,可以用来模拟飞行器的姿态角运动,复现其运动时的动力学特性。仿真转台的发展促进了武器系统的更新换代速度和系统精度,在武器的研制过程中起着极其重要的作用。仿真转台的性能直接影响到仿真的可靠性和可信度,因此,研制出高精度、高性能的仿真转台对于我国国防建设的发展具有重要的意义。本文按照中国兵器某研究所的要求,从伺服控制卡硬件电路和位置环控制律两个方面设计并实现了某型叁轴仿真转台,用于武器瞄准系统的精度等性能测试。文中首先给出了转台伺服控制系统的各项性能指标,针对该指标要求分析了系统的组成部分和相应的功能,给出了系统的位置环控制律以及伺服控制卡设计方案。其次,根据系统的功能要求,本文设计了基于DSP和可编程逻辑器件的转台伺服控制卡。采用模块化设计思想详细给出了DSP最小系统、异步串行通信模块、存储器扩展电路、双端口RAM模块、串行口码盘数据采集电路、并行口码盘数据采集电路、D/A转换电路、驱动器接口电路以及系统逻辑仲裁电路的设计过程;给出了各个功能模块的使用方法;对影响系统硬件平台性能的地线噪声、电源噪声以及电磁干扰等因素进行了分析,并给出了具体的解决方案。然后,本文建立了转台伺服控制系统位置环被控对象的工程等效模型,针对该模型设计了参数自调整Fuzzy-PID控制器,通过与单一PID控制器、Fuzzy-PID分段控制器的仿真控制效果相比较,验证了该控制器性能的优越性,同时也为算法的工程实现提供了参数依据。最后,文中提出了伺服控制卡上各个模块的功能性调试方法,给出了调试过程中出现的各种问题的解决方案;对由此形成的转台闭环系统进行了功能性联调,并给出了系统技术指标的检测方法。
参考文献：
[1]. 转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究[D]. 穴洪刚. 南京理工大学. 2004
[2]. 转塔跟踪伺服系统的设计与特性仿真[D]. 宋永君. 哈尔滨工程大学. 2008
[3]. CVT锥盘车磨复合加工数控技术研究[D]. 王大举. 河南科技大学. 2014
[4]. 基于DSP的火箭发射架位置伺服控制系统的设计与研究[D]. 孙德. 南京理工大学. 2011
[5]. 基于DSP+FPGA的伺服加载系统研究与设计[D]. 姚松坡. 南京理工大学. 2016
[6]. 可变角度机载高光谱成像系统研究[D]. 杨培庆. 中国科学院研究生院(上海技术物理研究所). 2016
[7]. 某车载遥控武器站的初步研究[D]. 李辉. 南京理工大学. 2009
[8]. 轻型武器站跟踪瞄准与发射控制研究[D]. 马吴宁. 南京理工大学. 2015
[9]. 齿轮传动性能测试数控平台研究[D]. 魏波. 重庆大学. 2017
[10]. 某型叁轴仿真转台伺服系统的设计与实现研究[D]. 侯靖波. 哈尔滨工业大学. 2007
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