高精度快速非陀螺寻北系统速度稳定性研究

【摘要】：军事应用领域中,如机动发射的导弹武器系统及移动飞行器外弹道测量系统都存在着自主定位定向问题,这一问题的关键有三个:一是自主方式;二是定位定向作业时间要快;三是定位定向精度要高。非陀螺寻北系统摒弃了昂贵的陀螺,从而使制造成本大为下降。将加速度计应用于寻北系统,使整体设备具有操作简单、快速、定向精度高、价格便宜等特点,是其他定向方法所不及的。速度稳定性控制被称为制约非陀螺寻北系统发展的瓶颈。所以,研究高精度速度稳定性控制,对高精度、快速非陀螺寻北系统的研制,及其他需要速度稳定性控制的系统,具有重要的意义。 本文以非陀螺寻北系统为研究对象,针对系统需要高精度的速度稳定问题,从理论和实践上进行了一系列的分析和研究,设计并实现了变参数软件锁相环速度控制系统和基于DSP 的光栅盘T 法测速,并在空载转速为7970rpm 的直流电机上验证了上述方法的有效性。 首先对非陀螺寻北系统的工作机理进行了详细的分析,讨论了影响寻北系统稳定的误差因素,并对其进行了有效的补偿。指出速度稳定控制的必要性。在此基础上,对影响系统速度稳定性的因素进行了分析。 根据寻北指标(定向时间小于5 min、定向精度为10″~15″)的要求,对系统进行了仿真研究,得出了适合系统需要的稳速指标。并针对高精度速度稳定控制需要,提出了两种新颖的速度稳定性检测方案—基于数字化高速处理器(如:DSP)的光栅盘测速和用线性加速度计完成对电机转速及转速误差的测量,并针对实际系统模型的特点,对基于DSP 的光栅盘T 法测速进行了实验研究。 针对系统需要高精度速度稳定性控制的特点,确定采用速度锁相方法进行控制。并针对常用的速度锁相控制方法存在动态响应慢、抗干扰能力差及锁相范围窄等不足,结合双模控制与增益自适应控制的优点,设计了变参数软件锁相环速度控制系统,并对系统的实现方法进行了详细的研究与仿真分析。 最后进行了模型样机速度稳定性能测试与实验研究。采用本文提出的基于DSP 的光栅盘T 法测速与变参数软件锁相环控制系统相结合的方法,对电机的稳速精度、速度稳定性、重复性、稳速范围,及低温情况对速度稳定性的影响等进行了测试,并通过与传统的PID 控制结果及常用的速度锁相控制方法进行的实验对比,验证了本文提出的速度控制及检测方法的可行性和有效性。