三轴角振动台控制系统设计与研究.pdf

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1、硕士学位论文三轴角振动台控制系统设计与研究DESIGNANDRESEARCHONTRIAXIALANGULARVIBRATIONTABLECONTROLSYSTEM徐世强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文三轴角振动台控制系统设计与研究硕士研究生：徐世强导师：曾庆双教授申请学位：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：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.5DissertationfortheMas

2、ter’sDegreeinEngineeringDESIGNANDRESEARCHONTRIAXIALANGULARVIBRATIONTABLECONTROLSYSTEMCandidate：XUShiqiangSupervisor：Prof.ZENGQingshuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferr

3、ing-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要惯性测量系统广泛应用于航海、航空、航天等众多领域，主要用于惯性定位、惯性导航、惯性制导、惯性姿态控制。随着技术的进步，用于角运动测量的惯性元件的性能得到了不断提升。为了对惯性元件和惯性系统进行检测和评估，对高精度的测试设备提出了迫切需求。三轴角振动台是应用于惯性元件和惯性系统动态性能测试的大型精密测试设备。它主要是通过输出高精度的正弦振动来精确地模拟载体运动过程中的角振动，为实现对惯性元件和惯性系统动态特性的精密测试提供条件，得到它们的动态误差特性，为后续对动态误差进行补偿提

4、供了可能。此外，本文所设计的三轴角振动台还具有高精度跟踪指令角位置、角速度功能。三轴角振动台控制系统要求可以实现高频采样、实时控制、高频响、高精度，亟待解决三轴动力学解耦问题、低速运行时的摩擦力矩干扰以及高精度角速度指令跟踪时电机力矩波动影响等技术难题。本文对三轴角振动台控制系统进行了设计与研究。建立了电机系统三环控制模型以及角振动台三轴框架的动力学模型，通过仿真分析验证了三轴框架之间存在严重的动力学耦合，利用非线性反馈设计了三轴框架动力学解耦控制算法。根据摩擦力矩的LuGre模型，基于Lyapunov稳定性理论，设计了模型参考自适应控制算法，以补偿摩擦力矩对三轴角振

5、动台的影响。分析了无刷直流力矩电机中力矩波动的产生机理，基于重复控制及LUT，分别设计了电机力矩波动补偿算法。通过仿真验证了动力学解耦控制算法、摩擦力矩自适应补偿算法以及电机力矩波动改进型重复控制抑制算法和LUT补偿算法的有效性。为保证高采样频率以及控制的实时性，本文最后采用DSP、FPGA作为核心芯片构成运动控制卡，设计了角振动台的软硬件控制系统并进行了调试，验证了基于LUT的电机力矩波动抑制算法以及基于LuGre模型的摩擦力矩自适应补偿算法的可行性。关键词：角振动台；控制系统；解耦控制；自适应控制；重复控制-I-AbstractAbstractInertialme

6、asurementsystemsarewidelyusedinmanyfieldssuchasnavigation,aviation,andaerospace,andaremainlyusedforinertialpositioning,inertialnavigation,inertialguidance,andinertialattitudecontrol.Withtheadvancementoftechnology,theperformanceofinertialcomponentsforangularmotionmeasurementhasbeencontin

7、uouslyimproved.Inordertodetectandevaluateinertialcomponentsandinertialsystems,thereisanurgentneedforhigh-precisiontestequipment.Thetriaxialangularvibrationtableisalarge-scaleprecisiontestequipmentusedforthedynamicperformancetestingofinertialcomponentsandinertialsystems.Itmainly