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某半实物仿真系统中光学系统的设计与仿真实现

作　者: 贾宛英
导　师: 伞冶
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: PW光学设计方法伺服系统 PID控制复合控制变论域模糊自适应PID控制器
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

半实物仿真试验系统是用来研究武器的先期开发工作及系统实验、检测和评估的一种有效手段。由于其具有良好的可控性、安全性以及不受场地限制等优点,所以在现代军事训练、航空航天装备等领域发挥了重要的作用。该论文设计研究的光学系统是该半实物仿真系统中的关键设备之一,其性能的优劣将直接影响半实物仿真系统的可靠性和置信度,因此设计性能优良的光学系统对整个半实物仿真系统而言具有重要意义。本文是以某研究所项目“某半实物仿真系统的综合测试与评估系统”中的光学系统为研究对象,主要进行了光学系统中光学部件的设计、俯仰随动系统的设计、系统的建模与控制仿真等工作。论文首先详细介绍了光学设计的总体过程,在此基础上,根据系统设计要求,提出设计方案,继而按照光学设计的一般步骤,采用PW方法设计并计算出了光学部件的初始结构尺寸,又采用光学设计软件ZEMAX对像差分析,并对光学结构校正,从而得出满意的光学系统结构。其次,根据前面所设计的光学部件,结合半实物仿真系统性能指标要求,对随动部分各个组成元件进行了建模,并采用电流环、速度环、位置环的三环结构进行设计,PWM功放驱动,并通过简化与参数整定,得出系统总体结构模型。最后,分别采用常规PID控制与模糊自适应PID控制两种方式对随动系统进行控制,并利用计算机仿真软件MATLAB进行仿真验证与分析比较。在采用常规PID方式时,为了达到系统快速性及稳态误差小的性能要求,采用了复合控制方式对系统控制与校正。在仿真过程中,通过不断调整控制参数,使得仿真结果较好地满足了系统的性能要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.2 研究的目的和意义  11
    1.1.2 研究的主要内容  11-12
  1.2 本章小结  12-13
第2章光学系统的原理与设计  13-23
  2.1 光学系统设计方法  13-16
    2.1.1 光学系统设计过程概述  13-15
    2.1.2 ZEMAX光学设计过程简介  15-16
  2.2 光学系统结构形式的选择  16-18
  2.3 光学系统外形尺寸（设计指标）的计算  18-22
    2.3.1 光学系统参数的确定  18-21
    2.3.2 光学系统物镜的外形尺寸计算  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章光学系统结构的设计与校正  23-42
  3.1 光学系统的像差与校正  23-27
    3.1.1 像差总述  23-25
    3.1.2 光学系统软件自动设计与优化  25-27
  3.2 PW法确定系统初始结构参数  27-34
    3.2.1 PW法求物镜的初始结构参数  27-28
    3.2.2 转象系统的选择  28-31
    3.2.3 物镜几何尺寸的计算  31-34
  3.3 光学系统像差校正平衡与像质评价  34-40
  3.4 公差分析调整和样板匹配  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章随动系统总体结构设计  42-59
  4.1 随动系统的设计思想概述  42-43
  4.2 静态计算  43-46
    4.2.1 性能指标  43
    4.2.2 执行电机的选择  43-44
    4.2.3 速比的选择  44-45
    4.2.4 执行电机轴上力矩  45-46
  4.3 建立系统数学模型  46-58
    4.3.1 随动系统数学传递函数  46-52
    4.3.2 电流环的设计  52-55
    4.3.3 速度环的设计  55-57
    4.3.4 位置环的设计  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章随动系统的控制、仿真与实现  59-94
  5.1 随动系统控制与校正  59-69
    5.1.2 随动系统的PID控制规律  59-61
    5.1.3 复合控制  61-62
    5.1.4 该光学系统的随动系统控制与校正  62-69
  5.2 电流环、速度环的仿真分析  69-74
  5.3 位置环的仿真  74-77
  5.4 随动系统PID控制对干扰信号的鲁棒性能仿真  77-79
  5.5 随动系统的变论域模糊自适应PID控制  79-85
    5.5.1 基本模糊控制器的设计  79-81
    5.5.2 模糊自适应整定PID控制器的设计原理  81-83
    5.5.3 变论域模糊自适应控制器  83-85
  5.6 变论域模糊自适应控制器的设计  85-88
    5.6.1 模糊自适应控制器推理系统的设计  85-86
    5.6.2 变论域模糊自适应控制器论域的设计  86-88
  5.7 系统的变论域模糊自适应PID控制及其仿真分析  88-93
    5.7.1 系统的变论域模糊自适应控制  88-91
    5.7.2 变论域模糊自适应控制与其他PID控制分析比较  91-93
  5.8 本章小结  93-94
结论  94-96
参考文献  96-100
致谢  100

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