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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。
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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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