控制系统实践教学资料：力矩陀螺指导书-学生

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1、Model750控制力矩陀螺实验教材杨亚非钱玉恒哈尔滨工业大学飞行器控制实验教学中心2013年5月目录第1章简介11」系统概述1第2章系统描述和操作指南22.1ECP执行软件22.2机电设备62.3安全7第3章实时控制的实现9第4章对象动力学模型104」坐标系和运动学104.2非线性动力学124.3线性动力学124.4特殊情况13第5章实验185」陀螺力矩控制：连续闭环/PD185.2陀螺力矩控制:LQR方法23第1章绪论模型750控制力矩陀螺系统由一个机电装置及控制硬件和软件组成。系统用户界面是基于PC环境，易于使用，支持控制器指定、

2、轨迹生成、数据采集和绘制功能。模型750可以迅速转变为一系列动力学配置。通过直接作用、反作用或者陀螺驱动装置来提供转矩。可同时提供两个输入转矩，也可限制自由度，能创建单自由度刚体或两个转矩输入和四个角度输出的复杂系统。系统可工作在静态特性的线性区域，也可工作在高度非线性的全局状态空间。实时控制器礙入/输出系纟充接口软件（执行程序）机电装蛙图1.1-1.模型750实验控制系统1.1系统概述该实验系统含有三个子系统（如图l.bl）o第一个子系统是由控制力矩陀螺机构、传感器和执行器组成的机电装置。设计特点是采用两个高转矩密度直流伺服电机控制输

3、入，率编码器用于框架角度反馈，低摩擦滑环用于将测量信号和电机驱动传输到所有框架。在框架上安装有高速检测和安全关机的惯性开关，以及在系统动态自由度下保护系统安全的机电制动器。第二个子系统是实时控制器，包含（DSP）实时控制器、伺服/执行器接口、伺服放大器和辅助电源。DSP采用M56000系列，能实现连续或离散建模下的控制律。控制器可解释轨迹命令、支持像数据采集、轨迹生成、系统状态及安全检测等功能，有一个逻辑门阵列实现编码器脉冲解码。第三个子系统是一个在PC机Windows操作系统下运行的执行程序。此菜单驱动程序是系统的用户界面，它支持控制

4、器指定、轨迹定义、数据采集、绘图系统执行指令等。通过直观“类C%吾言来指定控制器。内置的自动编译器通过DSP进行执行程序代码的有效传送和执行。该接口支持多种功能，提供一个友好强大的实验环境。第2章系统描述与操作规程2」ECP执行软件ECP执行软件是系统的用户操作界面，它的菜单直观、友好、易学，见图2.1-U主要功能是支持各种控制算法的参数传送、指定命令轨迹、选择所需数据，并指定如何绘制数据。2.1.1Windowsb的执行2.1.1.1PC系统要求要求PC机，内存至少16MB,硬盘存储空间不小于12MBo2.1.1.2安装步骤运行Set

5、up.exe。按照对话框安装。2.1.3背景屏幕如图2.1・1所示的背景屏幕，它包含主菜单、实时数据显示、系统状态和紧急情况下用于立即屮断控制作用的紧急中断控制(AbortControl)按钮。02.1-1.背景屏幕2.1.3.1实时数据显示数据显示(DataDisplay)区域显示即时命令位置、编码器位置、转子速度。2.1.3.2系统状态显示当一个乞ALG文件(一个算法文件)被编译并传送到DSP板，控制冋路状态显示闭环(CT)。当显示开环(Op沁,控制冋路不起作用。电机状态正常时(MotorStatus)区域显示OK,故障时区域会显示

6、超限(LimitExceeded.)o清除故障可用菜单(Utilitymenu)复位(Reset)键对DSP板复位。伺服时间限制正常时(ServoTimeLimit)区域显示OK,否则执行乞ALG文件所选采样周期不合适，将发生超限显示｛LimitExceeded),闭环冋路将自动打开。2.1.3.3紧急中断控制(AbortControl)按钮紧急中断控制(AbMCT)按钮可用鼠标点击后断开控制回路。注意，通过按控制箱上的“OFF”按钮，也可立刻停止控制作用。2.1.3.4主菜单(Mainmenu)选项主菜单(Mainmenu)的选项：F

7、ile文件、Setup建立、Command命令、Data数据、Plotting绘图、Utility应用。2.1.4文件(File)菜单文件(File)菜单的选项：LoadSettings加载设置、SaveSettings保存设置、About关于、Exit退出。2.1.4.1加载设置(LoadSettings)能加载配置文件到执行程序。配置文件是带有”.cfg”后缀的文件。后加载的文件会覆盖前配置设置，但不影响现有实时控制中的控制器。配置文件包含最后使用的控制算法文件、轨迹、数据收集和之前保存的绘图项的信息。每次执行程序开始时，要先加载“

8、defBullcf呼配置文件。配置文件须与执行文件保存在同一目录。2.142保存设置(SaveSettings)能保存当前用户”*.cfg”文件。可设置保存为“default.cf『的文件，用作默认(def