两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统的设计与实现

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1、两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统的设计与实现舒骏逸2016年1月中图分类号：TP273UDC分类号：621.3两轴四框架稳定跟踪平台伺服控制系统的设计与实现作者姓名舒骏逸学院名称自动化学院指导教师潘峰副教授答辩委员会主席范瑞霞教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月DesignandResearchofServoControlSystemofTwo-axis&Four-gimbalPlatformCandidateName：JunyiShuSchoolorDepartment:AutomationFacultyMentor:Pr

2、of.FengPanChair,ThesisCommittee：Prof.RuixiaFanDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书

3、所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要稳定跟踪平台是一种搭载于运动载体上的伺服平台，使用陀螺仪感应载体的速度扰动，不断调整平台框架姿态，保证搭载的探测设备在惯性空间上保持稳定，具有目标搜索、跟踪等多种功能，在现代国防与民用领域有着越来越广泛的运用前景。本文结合实际需求，以工程项目为背景，为某两轴四框架稳定跟踪平台设计伺服控制系统，针对各种工作状态下的控制回路分析、稳定控制回路设计和伺服控制系统的软硬件实现展开研究，主要研究的内容如下：根据功能需求，完成了两轴四框架稳

4、定跟踪平台控制系统总体方案设计，包括伺服控制系统组成和控制器、执行机构、传感器等主要元器件的选型，建立了被控对象的数学模型，分析了伺服控制系统工作状态及相应的控制回路结构，分析了两轴四框架平台的稳定机理，从运动学和控制的角度分析了两轴四框架平台的优点。根据实际项目的要求设计了伺服控制系统硬件电路，按照各自功能不同设计了基于DSP的控制、驱动、电源三类电路板的原理图及PCB图，完成了PCB电路板的制作和功能调试，编写了伺服控制系统软件程序，设计了位置预偏回路各控制闭环的校正环节，并在两轴四框架平台实物上进行了相关实验，满足了性能指标。在速度稳定回路控制策略方面，针对被控对象数学模型特

5、点，在传统两轴四框架平台速度稳定回路基础上将内框架陀螺信号引入外框架，改善了动态性能。使用PI控制方法设计了速度稳定回路各控制闭环的校正环节，经过仿真实验在理想条件下可达到性能要求；针对稳定跟踪平台在实际运行中存在电机力矩、载体速度的未知扰动，使用经典控制方法抑制扰动存在局限的问题，采用扩张状态观测器和PI控制方法相结合的控制策略，通过扩张状态观测器实时观测并补偿系统受到的总扰动，使用PI控制方法对扰动补偿后的被控对象进行控制，仿真实验结果表明改进后的控制策略在抑制力矩扰动和载体速度扰动方面与经典PI控制方法相比有很大的提升。关键词：伺服系统；两轴四框架平台；稳定控制；扩张状态观测

6、器；DSPI北京理工大学硕士学位论文AbstractThestabilizationandtrackingplatformisakindofservoplatformmountedonthemovingvehicle.Thegyroscopeisusedtosensethevelocitydisturbanceofvehicle.Whenvehilcemoves,theplatformframeworkcanbeadjustedconstantlytoguaranteethestabilityofdetectionequipmentininertialspace.Ithasbeen

7、widelyappliedinmilitaryandcivilfieldwiththefunctionoftargetsearchingandtracking.Intheviewofthebackgroundofprojectandthefunctionrequirements,theresearchofthispaperisassociatedwithatwo-axisfour-gimbalstabilizationandtrackingplatformservoc