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基于无刷直流电机的大型望远镜伺服算法研究

作 者: 刘金星
导 师: 李洪文
学 校: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
专 业: 机械电子工程
关键词: 无刷直流电机 大型望远镜 伺服系统 PID控制 模糊控制
分类号: TH743
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 55次
引 用: 1次
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内容摘要


大型光学望远镜是用于探测深空空间目标的主要光学设备,在对空间目标探测、跟踪过程中,要求伺服方位转台具有极低速状态下的平稳跟踪速度,能够克服低速爬行等状况的影响。基于此类问题,本文重点阐述了伺服控制器的硬件设计探索模糊控制算法在光学精密跟踪设备中的应用。首先,叙述了大型望远镜的发展及国内外研究现状,并说明了影响大型望远镜研究状况的主要关键技术。阐述了伺服控制系统的组成结构;评价了无刷直流电机的优良性能,并推导出数学模型;针对速率波动问题,分析了电机波动力矩产生机理。其次,详细阐述了伺服控制器的硬件设计,以伺服控制的功能模块为结构,给出各个功能块的电路原理图,并叙述了其工作原理。再次,从软件方面着手,为解决低速状态下的低速爬行问题以及电机速率波动问题,应用稳定性好、鲁棒性强、非线性性能优良的模糊控制算法代替传统控制算法。在此基础上,以模糊数学理论并从仿真角度分析了影响模糊控制效果的种种因素,作为设计模糊控制器的指导方针,实验表明模糊控制取得了较好的结果。最后,为保证伺服控制精度,提高模糊控制器的速度平稳性和精度,提出了改进模糊控制精度的方法,包括线性插值法及局部积分法等。应用前述所设计的伺服控制器,分别编程实现改进型模糊控制算法,实验结果对比表明,模糊-PID的复合控制算法取得了较满意的结果,验证了本算法的正确性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 课题研究背景及意义  10-19
    1.1.1 大型望远镜发展概述  10-12
    1.1.2 望远镜轴系驱动发展历程  12-16
    1.1.3 大型望远镜研究关键技术  16-19
  1.2 无刷直流电动机概况  19
  1.3 伺服控制算法  19-22
  1.4 论文的主要研究内容和论文结构安排  22-24
    1.4.1 研究对象  22
    1.4.2 论文工作的主要内容  22
    1.4.3 论文的结构安排  22-24
第2章 伺服控制系统体系结构  24-35
  2.1 被控对象  24-27
  2.2 驱动器  27-29
    2.2.1 PWM 调制方式对系统的影响分析  28-29
    2.2.2 电机转矩波动的产生机理  29
  2.3 控制器  29-34
    2.3.1 无位置传感器的控制方式  29-30
    2.3.2 有位置传感器的控制方式  30-32
    2.3.3 控制方式的选择  32-34
  2.4 小结  34-35
第3章 伺服控制器的原理及硬件设计  35-47
  3.1 总述  35-37
  3.2 电源转换电路  37-39
  3.3 微控制器及其外围电路  39-42
    3.3.1 A\D 采样  39-40
    3.3.2 通讯接口电路  40
    3.3.3 LCD 液晶显示  40-41
    3.3.4 I\0 接口  41-42
  3.4 CPLD 硬件电路及其外围电路  42-43
    3.4.1 CPLD 与编码器接口硬件电路  42-43
    3.4.2 CPLD 与PWM 输出接口电路  43
  3.5 CPLD 软件电路设计  43-46
    3.5.1 编码器细分电路  43-44
    3.5.2 PWM 脉冲产生电路  44-46
  3.6 设计结果  46
  3.7 小结  46-47
第4章 模糊控制理论及仿真研究  47-64
  4.1 模糊控制概述  47-48
  4.2 基本理论和概念  48-54
    4.2.1 隶属函数  48-50
    4.2.2 模糊控制知识库  50-54
  4.3 论域及量化因子的确定  54-57
  4.4 模糊控制系统仿真研究  57-63
    4.4.1 隶属函数对输出控制量的影响  57-62
    4.4.2 模糊控制系统仿真结果  62-63
  4.5 小结  63-64
第5章 实验分析  64-75
  5.1 实验环境简言  64
  5.2 模糊控制器设计  64-69
    5.2.1 模糊控制器设计步骤  64-65
    5.2.2 程序流程图  65-66
    5.2.3 隶属函数选取  66
    5.2.4 模糊规则确定  66-67
    5.2.5 模糊推理系统  67-69
  5.3 实验结果分析  69-74
    5.3.1 PID 控制实验  69-70
    5.3.2 模糊控制实验  70-74
  5.4 小结  74-75
第6章 总结与展望  75-76
参考文献  76-79
在学期间学术成果情况  79-80
指导教师及作者简介  80-81
致谢  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 望远镜
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