气浮台垂向运动气压控制研究与实现

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1、硕士学位论文气浮台垂向运动气压控制研究与实现THERESEARCHANDIMPLEMENTATIONONVERTICALPNEUMATICCONTROLOFAIRBEARINGTESTBED刘启循哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工学硕士学位论文气浮台垂向运动气压控制研究与实现硕士研究生：刘启循导师：陈兴林教授申请学位：工学硕士学科：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ClassifiedInd

2、ex:TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringTHERESEARCHANDIMPLEMENTATIONONVERTICALPNEUMATICCONTROLOFAIRBEARINGTESTBEDCandidate：：：LiuQixunSupervisor：：：Prof.ChenXinglinAcademicDegreeAppliedfor：：：MasterofEngineeringSpeciality：：：ControlSciencean

3、dEngineeringAffiliation：：：SchoolofAstronauticsDateofDefence：：：June,2015Degree-Conferring-Institution：：：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要当今世界，科技发展日新月异。随着美国阿波罗登月计划，以及我国的嫦娥登月计划的实施，各国对太空资源的竞争越演越烈。在此大环境下，各种复杂的航天任务对航天器的品质提出了更高的要求，这更加突出了全物理仿真系统的重要性。本文主要针对气浮台

4、全物理仿真系统垂向运动进行了探讨研究。首先分析了气浮台垂向运动采用气压控制方法的特点以及技术难点，结合项目实际控制环境，将整个控制过程分为位移控制和压力跟踪两大步骤，简要介绍了两步走的控制流程。然后针对控制系统最重要的控制部件——比例阀和控制腔进行了力学和空气动力学分析，建立了详细的系统模型。其次对位移控制进行了研究。结合气浮台垂向运动实际特性，对垂向运动的快速性和超调提出了更高了控制要求。为了解决快速性和低超调之间的矛盾关系，设计了基于复合非线性反馈控制的位移控制器，对复合非线性反馈控制各项参数作用进行了探讨。采用了

5、自抗扰控制器中的扩张状态观测器观测系统扰动，通过仿真，验证了扩张状态观测器和复合非线性反馈控制相结合的优越性。然后针对气压跟踪进行了研究。分析了气压跟踪控制时，系统是一个非线性多干扰的控制系统，提出了采用滑动模态变结构控制的方法，详细分析了滑模控制完全鲁棒性的原因，针对不同趋近律进行了对比分析。针对滑模控制突出的缺陷——抖振进行了分析，提出了解决方案，进行了算法的仿真验证。最后针对气浮台垂向运动控制系统进行了硬件和软件的设计。硬件主要由工控机、传感器、信号采集卡、执行机构和无线传输组成。软件主要采用嵌入式实时操作系统作

6、为开发平台，提高了系统处理的实时性，并设计了用户界面，方便直观的观测控制流程反馈的信息。实际工程测试表明设计的控制系统达到预期的控制要求。关键词：气压控制；复合非线性反馈控制；扩张状态观测器；滑模控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNowadaysthedevelopmentoftechnologyisadvancingrapidly.WiththeimplementationoftheUSApolloprogramandChina'sChangEmoonprogram,countriesinten

7、sifiedcompetitionforspaceresources.Inthisenvironment,itputforwardhigherrequirementsonthequalityofthespacecraft,whichdeeplyhighlightstheimportanceofafullphysicalsimulationsystem.Inthispaper,weresearchtheverticalmovementoftheall-physicalsimulationsystem.Firstly,we

8、discussthecharacteristicsandthetechnicaldifficultiesoftheverticalmovementcontrolmethodoftheairbearingtestbed.Combinedwiththeactualcontroloftheprojectenvironment,thewh