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基于模糊控制的舰载光电跟踪伺服系统设计

作　者: 胡大军
导　师: 吴晗平
学　校: 武汉工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 模糊控制光电跟踪伺服系统陀螺稳定 DSP处理器
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 124次
引　用: 1次
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内容摘要

光电跟踪伺服系统作为舰载光电跟踪设备的重要组成部分，其设计好坏直接影响设备的性能。伴随着现代武器、飞机等这些被跟踪的目标速度更快，机动性更强，对光电跟踪伺服系统的动态响应能力提出了更高的要求；舰载光电跟踪伺服系统除了要受摩擦力矩干扰、参数变化等非线性因素的影响外，还要受到载体晃动的影响，对伺服系统的抗扰动能力要求也很高。传统的伺服系统控制器采用工控机加板卡结构以及经典的PID控制方法已不能满足要求。针对以上问题，采用陀螺视轴惯性稳定方法以及模糊PID控制算法，设计了基于TMS320F2812DSP的数字伺服系统。首先根据光电跟踪伺服系统的性能指标，对其总体方案进行了分析，确定伺服控制系统结构并对系统中的主要元部件进行了选型。其次，建立了伺服控制系统的数学模型，对电流环和速率环进行了校正设计和仿真分析，并给出了数字稳定环和数字位置环的等效模型。然后，对模糊PID控制算法进行了设计，并将其与传统PID控制算法进行了分析比较，通过仿真验证了其优越性。最后，在硬件设计部分详细设计了以DSP处理器为核心的最小系统电路及外围扩展电路，处理器与旋转变压器及速率陀螺的接口和控制量输出电路等。在软件设计部分，给出了系统的主要程序模块流程，包括DSP系统初始化、串行通讯接口模块(SCI)、定时器中断块以及模糊PID控制算法等程序模块。通过调试取得了较满意的结果。本课题将模糊控制理论引入到舰载光电跟踪伺服系统设计中，并应用在实际工程上，不仅在伺服系统总体结构和设计思路上具有理论及应用价值，而且对提高舰载光电跟踪系统性能具有重要作用，对其装备战斗力的形成具有显著意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题目的及意义  10-11
  1.2 光电跟踪伺服系统国内外发展现状及趋势  11-16
    1.2.1 国内外发展现状  11-15
    1.2.2 发展趋势  15-16
  1.3 论文主要工作内容  16-18
第2章光电跟踪伺服系统总体设计  18-36
  2.1 系统主要性能指标  18-19
  2.2 光电跟踪伺服系统总体结构  19-21
  2.3 伺服控制系统设计方案  21-23
    2.3.1 伺服控制系统结构设计  21-23
    2.3.2 核心控制器选择  23
  2.4 负载力矩估算及主要部件选型  23-33
    2.4.1 方位轴负载力矩计算  24-26
    2.4.2 俯仰轴负载力矩计算  26-27
    2.4.3 执行部件选型  27-28
    2.4.4 直流测速机选型  28-29
    2.4.5 角速率陀螺选型  29-30
    2.4.6 位置检测元件选型  30-31
    2.4.7 驱动器选型  31-33
  2.5 系统总体计算  33-34
  2.6 本章小结  34-36
第3章光电跟踪伺服控制系统建模与仿真  36-52
  3.1 主要元、部器件数学模型  36-41
    3.1.1 直流力矩电机数学模型  36-39
    3.1.2 PWM 功率放大器模型  39-40
    3.1.3 系统中测速电机、测角装置的数学模型  40
    3.1.4 压电陀螺数学模型  40
    3.1.5 电流反馈环节数学模型  40-41
  3.2 模拟电流环建模与仿真  41-44
  3.3 模拟速率环建模与仿真  44-49
  3.4 数字稳定环等效模型  49-50
  3.5 数字位置环等效模型  50
  3.6 本章小结  50-52
第4章基于模糊 PID 控制器设计与仿真研究  52-72
  4.1 常规 PID 控制器及其局限性  52-54
  4.2 基本模糊控制器原理及设计  54-56
  4.3 模糊 PID 控制器设计及仿真  56-70
    4.3.1 模糊 PID 控制器设计  56-60
    4.3.2 模糊 PID 控制器的仿真与分析  60-70
  4.4 本章小结  70-72
第5章伺服控制系统硬件与软件设计  72-94
  5.1 DSP 微处理器  72-74
  5.2 系统硬件设计  74-85
    5.2.1 DSP 最小系统电路及其外围电路  75-81
    5.2.2 数据采集电路设计  81-84
    5.2.3 伺服控制量输出接口电路设计  84-85
  5.3 系统软件设计  85-91
    5.3.1 DSP 程序初始化  85-87
    5.3.2 主程序流程设计  87-88
    5.3.3 串行通信中断子程序  88-89
    5.3.4 时钟中断子程序流程图  89-90
    5.3.5 模糊 PID 控制算法程序设计  90-91
  5.4 系统调试  91-93
    5.4.1 开发环境简介  91-92
    5.4.2 系统软硬件调试  92-93
  5.5 本章小结  93-94
第6章全文总结  94-96
参考文献  96-100
攻读硕士期间已发表的论文  100-102
致谢  102

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