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复合台精密离心机控制方法研究与实现

窦晓之  
【摘要】:航空航天器常常需要在同时存在振动和线加速度的复合动态环境中工作,导航系统需要进行在这种复杂动态环境下的模拟实验,采用精密离心机和电磁振动台实现模拟实验环境,可以发现在单独环境实验中不便测量的某些特性,有利于提高飞行器导航系统等设备的性能指标和使用可靠性。可以提高对复杂动态环境的认识,标定惯性元件的技术指标,建立精确的误差系数。很大程度的增加飞行器导航系统可靠性,提升在地面模拟空天飞行过程的研究手段和对“天地一致性”的认知水平。本文以建立理想的地面模拟过载与振动复合实验环境为背景,对复合平台的离心机控制方法与实现问题展开了研究。课题从精密离心机系统运行时存在的波动力矩入手分析,通过研究精密离心机整体结构,解释了系统存在的不平衡形式,并总结归纳出系统高速转动中存在动不平衡引起的振动,为系统波动力矩的原因之一。设计了动平衡实现的方案,理论分析与计算了方案实施的可行性。设计了不平衡量的测试系统,包括测量面的选择,测试系统硬件设计与软件编程。阐述了旋转轴不圆度对不平衡测试的影响,并测试了转轴测试面处不圆度,给出了精确的数据。第二,分析了无刷直流电机的力矩波动问题,确定了电磁波动力矩与电机极对数和系统转速之间的关系。总结为系统的波动力矩为与系统转速相关的周期性信号。针对周期的干扰力矩,引出了重复控制理论应用的必要性,介绍了重复控制系统的结构,分析了其性能指标,给出重复控制器设计方法。对复合台精密离心机建模仿真,设计经典控制器的基础上,加入设计的重复控制器,分别在连续域与离散域仿真得到其对周期干扰信号的抑制效果。针对离散内模延时不能延时小数周期的问题,提出一种基于线性插值法的数字低通滤波器的重复控制器,并仿真验证了其控制效果。对复合台离心机系统的控制与实现中关键问题进行了设计与研究工作,包括DSP与FPGA组成的嵌入式数字控制器设计与硬件调试、软件编写工作,D/A转换电路板调试工作,光栅测角系统的电路设计与调试。对DSP控制器编程,上位机人机交互界面编程,实现了精密离心机的闭环控制,并经过调试达到了一定的性能指标要求。为实现后续振动台与离心机复合结构整体运行奠定了工程基础。


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