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红外导引头的二轴伺服稳定平台控制系统设计与实现

作　者: 范宏伟
导　师: 王艳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 导引头 惯性稳定平台 双闭环 控制系统设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文结合实际开展了二轴伺服惯性稳定平台的研究,利用DSP和FPGA构建稳定平台控制系统的硬件电路。研究的内容包括以下几个方面:第一,本文系统的介绍了当前国内外惯性稳定平台的研究现状,总结了惯性稳定平台控制的几个关键问题,即,视轴稳定技术,双闭环控制技术以及预测滤波技术,引入了针对本系统的速度、位置双闭环经典PID控制策略。根据本系统的电机和机械结构参数,建立了系统的速度、位置双闭环控制模型,并进行了仿真,在理论上验证了本系统控制策略的可行性;第二,搭建了以DSP和FPGA为核心的控制与驱动电路,利用DSP负责伺服控制,FPGA负责输入、输出时序控制,同时扩展了AD,DA,Flash,SDRAM,422通讯接口等外设。电机驱动电路采用PWM发生器+H桥的方案,利用DA的输出值调整PWM占空比,调节电机转速;第三,编写了系统的底层接口程序以及外设的输入输出时序控制逻辑,在此基础上编写了系统的双闭环PID伺服控制主程序,给出了主程序与中断子程序的流程图,最后编写了基于串口通讯的上位机应用软件,利用上位机软件发送切换系统运行状态的控制指令,并利用上位机软件测试了系统在几种工作状态下的角位移传感器状态;最后,对图像处理和传输延迟造成的控制滞后进行了初步探索,研究了三种常见的预测滤波技术,通过仿真对比了不同情况下的补偿效果,从中选择了适合于本系统的预测算法。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 论文研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-12
    1.2.1 国内外有关惯性稳定平台的研究  10-11
    1.2.2 惯性稳定平台控制方法研究  11-12
  1.3 惯性稳定平台控制系统设计的难点  12-13
  1.4 本文的主要研究内容  13-14
第2章 惯性稳定平台控制系统总体设计  14-21
  2.1 惯性稳定平台的功能  14-15
  2.2 稳定平台总体结构  15-17
  2.3 稳定平台控制策略  17-20
    2.3.1 PID控制技术  17-19
    2.3.2 PID的参数整定  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 惯性稳定平台控制系统建模仿真  21-33
  3.1 原始模型建立与仿真  21-24
    3.1.1 原始模型时域分析  22-23
    3.1.2 原始模型频域分析  23-24
  3.2 速度环及速度环控制器  24-28
    3.2.1 速度环时频分析  26-27
    3.2.2 稳定回路对固定信号的跟踪  27-28
  3.3 位置环及位置环控制器  28-32
    3.3.1 位置环时频分析  30-31
    3.3.2 跟踪回路对固定信号的跟踪  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章 惯性稳定平台控制系统硬件设计  33-52
  4.1 控制系统硬件组成及功能  34-36
  4.2 DSP及其外围电路设计  36-42
    4.2.1 时钟电路及锁相环PLL  36-38
    4.2.2 电源转换及复位电路  38-39
    4.2.3 DSP的JTAG接口  39-40
    4.2.4 DSP的EMIF接口电路  40-42
  4.3 FPGA及其外围电路设计  42-48
    4.3.1 AD转换电路  42-45
    4.3.2 DA转换电路  45-47
    4.3.3 422 接口电路设计  47-48
  4.4 电机驱动电路设计  48-51
    4.4.1 PWM发生器设计  49-50
    4.4.2 H桥式电路  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 惯性稳定平台控制系统软件设计  52-61
  5.1 上位机软件设计  52-54
  5.2 下位机软件设计  54-57
    5.2.1 底层接口程序  54-55
    5.2.2 主控程序  55-57
  5.3 系统测试  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章 目标跟踪预测算法研究  61-74
  6.1 基于最小均方差的自适应预测补偿算法  61-65
  6.2 基于Newton插值法的预测算法  65-69
  6.3 基于最小二乘拟合的预测算法  69-73
  6.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-80
致谢  80

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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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