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多自由度运动平台控制系统设计

韩胜男  
【摘要】:随着我国国防需求和军事工业的发展,舰载机舰面起降控制技术研究成为迫切需要。为了建立舰载机舰面起降关键技术验证平台,本文设计开发了一种多自由度运动平台系统,并解决了多自由度运动平台机械结构、控制软硬件、双闭环控制律等关键技术问题,通过集成测试验证了该平台系统的性能。首先,给出了多自由度运动动平台的机械结构改造方案,通过对多自由度运动平台进行了运动学分析,建立了约束方程,推导出运动学反解的解析解,并给出一种收敛快、精度高的运动学正解算法,为系统控制设计提供了重要依据。其次,从任务需求和功能要求出发,给出了一种基于DSP的多自由运动平台控制系统硬件总体方案,重点设计并测试了控制模块、电源模块、传感器模块、无线通信模块、电机驱动模块等。再次,针对多自由度运动平台的控制硬件方案,给出了控制系统软件功能的模块化实现方案,完成了主控制器与电机驱动模块、传感器模块、无线通信模块之间的接口程序的设计,以及控制软件主程序设计。此外,研究了多自由度运动平台的控制策略,给出了一种基于PID控制律的双闭环控制系统,并对姿态环提出了一种基于运动学正解补偿的PID控制策略,验证了它的有效性和可行性。最后,将多自由度运动平台控制系统软硬件进行整合,进行了DSP主控板性能测试、各个接口模块测试,控制软件集成测试,并对PID参数进行了整定。测试结果分析表明,本文所设计的控制系统软硬件具有运行可靠,实时性好等特点,达到了多自由度运动平台控制系统的性能要求。


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