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电液三轴飞行转台控制系统软件设计

作 者: 孔洁
导 师: 董彦良
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 机械工程
关键词: Windows+RTX 结构化 面向对象 数字控制器 转台
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 26次
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内容摘要


三轴飞行转台是半实物仿真系统的关键设备,模拟飞行器的姿态运动,用于检测飞行器的制导系统性能,在军事、航天等领域广泛应用。随着惯性导航元件性能的不断提高,飞行器的动态性能指标和静态性能指标也越来越高,对三轴飞行转台的研制提出了新的要求。本文以电液三轴飞行转台的研制为研究背景,以软件工程方法学为理论指导,采用结构化方法学和面向对象思想,使用Visual Studio2005C++编写设计一套三轴飞行转台专用的控制软件。在三轴飞行转台软件的需求分析中,本文分类描述了软件的开发环境需求、功能需求、以及非功能需求,从功能和数据域抽象软件逻辑模型,分析软件用例及软件流程。在软件的总体设计中,首先将软件划分为Win32和RTSS子系统,采用模块化方法将子系统划分为若干模块,采用抽象和求精的面向对象思想对模块进行了初步类设计,给出软件设计的分析类图。提出采用位置速度双闭环和前馈复合控制策略,对转台轴系运动控制模块的控制器结构进行设计。在软件的详细设计中,介绍了RTX环境下板卡驱动,信号发生器,基础环节数字算法的开发方法,采用面向对象设计类的继承与封装,细化类的参数和操作,对程序进行算法设计,并设计用户交互界面。对内框轴系进行实验测试。建立内框被控对象的数学模型,通过功率谱辨识得到被控对象的数值模型和参数模型。利用被控对象的参数模型,对速度环及位置环前项通道控制器分别进行设计,并采用二阶前馈复合控制方式补偿系统的相角滞后。实验证明,控制软件设计实现了转台的良好运动伺服控制,轴系控制器保证了内框轴系达到性能指标要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外发展概况与分析  10-12
  1.3 计算机控制的关键点  12-14
    1.3.1 控制策略  12-13
    1.3.2 操作系统  13-14
  1.4 软件工程理论  14-17
    1.4.1 软件生命周期  15
    1.4.2 软件生命周期模型  15-17
    1.4.3 软件工程方法  17
  1.5 本文研究的主要内容  17-19
第2章 软件需求分析  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 任务和方法  19-20
    2.2.1 需求分析任务  19
    2.2.2 结构化分析方法  19-20
  2.3 综合需求分析  20-24
    2.3.1 环境需求  20-21
    2.3.2 功能需求  21-24
    2.3.3 非功能性需求  24
  2.4 用例分析  24-25
  2.5 流程分析  25-27
    2.5.1 Win32 程序流程  26-27
    2.5.2 RTSS 程序流程  27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 总体设计  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 设计理论与应用  28-30
    3.2.1 抽象和求精  28
    3.2.2 模块化理论  28-29
    3.2.3 软件子系统划分  29
    3.2.4 层次与模块划分  29-30
  3.3 WIN32 子程序模块设计  30-33
    3.3.1 界面管理模块  30-31
    3.3.2 能源管理模块  31
    3.3.3 模式管理模块  31-32
    3.3.4 安全管理模块  32
    3.3.5 数据通讯模块  32
    3.3.6 循环机制  32-33
    3.3.7 消息机制  33
    3.3.8 数据存储模块  33
  3.4 RTSS 子程序模块设计  33-38
    3.4.1 应急管理模块  33-34
    3.4.2 轴系运动控制模块  34-36
    3.4.3 板卡设备驱动模块  36-37
    3.4.4 信号发生模块  37-38
    3.4.5 控制算法模块  38
  3.5 分析类图  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章 软件详细设计  40-50
  4.1 引言  40
  4.2 设计任务  40
  4.3 类详细设计  40-47
    4.3.1 PCI 卡的 RTX 驱动类库  40-42
    4.3.2 信号发生器类  42-43
    4.3.3 控制算法类  43-45
    4.3.4 轴系类  45-47
  4.4 主要人机界面设计  47-49
    4.4.1 软件主界面  47-48
    4.4.2 信号发生器界面  48
    4.4.3 控制器界面设计  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 控制器设计与实验  50-63
  5.1 引言  50
  5.2 三轴飞行转台系统组成  50-52
    5.2.1 系统组成  50-51
    5.2.2 主控硬件结构  51-52
  5.3 内框被控对象模型的建立与辨识  52-56
    5.3.1 内框被控对象模型的建立  52-55
    5.3.2 内框被控对象数值模型辨识  55
    5.3.3 内框被控对象参数模型辨识  55-56
  5.4 内框控制器设计  56-60
    5.4.1 设计指标  56-57
    5.4.2 内框速度环设计  57
    5.4.3 内框位置环设计  57-58
    5.4.4 内框前馈设计  58-59
    5.4.5 内框低通滤波设计  59
    5.4.6 Simulink 仿真  59-60
  5.5 实验验证  60-62
    5.5.1 定位实验  60-61
    5.5.2 频宽实验  61-62
    5.5.3 低速实验  62
  5.6 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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