具有复杂约束的仿真转台控制研究

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1、硕士学位论文具有复杂约束的仿真转台控制研究SIMULATIONTURNTABLECONTROLWITHCOMPLEXCONSTRAINTS金豹哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP271.3学校代码：10213国际图书分类号：681.5.012密级：公开工程硕士学位论文具有复杂约束的仿真转台控制硕士研究生：金豹导师：张卯瑞教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.3U.D.C:681.5.012DissertationfortheMasterDegreeinEngin

2、eeringSIMULATIONTURNTABLECONTROLWITHCOMPLEXCONSTRAINTSCandidate：JinBaoSupervisor：Prof.ZhangMaoruiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要作为半实

3、物仿真的关键设备，三轴仿真飞行转台可以根据给定的控制信号，实现三个自由度的转动，模拟各种导弹或者飞行器的姿态变换。其性能优劣直接决定了半实物仿真实验的可靠性和置信度。所以，三轴仿真转台一定要具有良好的静态性能和动态性能。在实际系统中，执行器的输出信号是有限的。所有物理系统执行器都受到约束特别是饱和非线性的约束。这使得原本理想的线性系统变成一个本质上的非线性系统，这种问题不是通过设计控制器就能够解决的。我们需要提出一种Anti-Windup设计方法来处理饱和问题。本文首先对内框直接通过扫频后利用FFT算法获取系统Bode图，通过理论建立的模型进行拟合从而建立实际数学模型，再给出电机控制的三环

4、控制方案并按照指标设计控制器参数；然后理论结合实际辨识对中框液压马达系统建模，设计控制器，配置零极点。最后，为了验证是否满足系统的指标要求，我们进行了仿真验证了所设计的控制器的有效性。其次提出一种Anti-Windup设计方法，重点介绍了基于改进IMC结构的Anti-Windup设计，先从理论上进行设计，然后利用MATLAB仿真证明所提方法是有效的，能够很好地减小伺服电机控制器饱和所带来的各种不利的影响。最后，基于一类包含锥形有界非线性环节的系统稳定性判定定理，对改进的IMC结构的Anti-Windup设计进行研究，详细讨论控制系统存在饱和非线性时的输入输出稳定性问题，并且对本转台系统An

5、ti-Windup设计进行了稳定性分析。关键词：三轴仿真转台；饱和非线性；Anti-Windup；改进IMC；稳定性-IV-AbstractAssemiphysicalsimulationkeyequipment,threeaxissimulatorcanrotatethreedegreesoffreedom,accordingtoagivencontrolsignaltosimulatevariousmissilesoraircraftattitudechange.Itsperformancewilldeterminereliabilityandconfidenceofthesemi-p

6、hysicalsimulation.So,threeaxissimulatormusthavegoodstaticanddynamicperformance.Inapracticalsystem,theoutputsignaloftheimplementationislimited.Allphysicalsystemsaresubjecttoconstraintsespeciallybythesaturationnonlinearconstraints.Thismakestheoriginalideallinearsystemintoanessentiallynonlinearsystem

7、.Thisproblemcannotberesolvedbydesignofthecontroller.WeneedtoproposeanAnti-Windupdesignmethodtodealwithsaturation.Firstly,internalframeacquisitionsystemBodediagramthroughsweepdirectlyandtheuseoftheFFTalgorithm.Fit