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机(舰)载目标真值测量设备伺服系统研究

李洁  
【摘要】: 本文以某工程研制项目机(舰)载目标真值测量设备的伺服系统研究和实现为依托,着眼于机(舰)载测量设备伺服系统所必须面对的与陆基设备相比的特殊问题(即环境条件更为恶劣、体积和功耗的矛盾及载体扰动带来的精度降低等),提出传统的控制方法难以使系统达到高的稳定精度和跟踪精度,因此,通过查阅大量的国内外文献及总结了国内外光电稳定与跟踪系统设计方案的基础上,提出了适用于机(舰)载伺服系统的控制方法,从理论上进行了分析和研究,并将之应用到具体的研究与实现中。 首先,根据目标真值测量设备伺服系统的具体要求,确定了地平式常平架结构,力矩电机驱动,分别采用动力调谐式速率陀螺仪及圆盘式感应同步器作为速率及位置反馈元件这一总体方案,为伺服系统满足整体性能指标要求提供了保证。在确定了总体方案的基础上,通过详细推导系统各组成元件的数学模型,从而建立了伺服系统的整体数学模型。 为了实现系统的动态指标要求,确定采用含有速率稳定环和跟踪环的双回路控制系统。根据本系统的实际工作情况和性能指标要求,通过分析指出,如何克服机(舰)载条件下干扰力矩的影响及系统对象模型的不确定性是本系统中提高稳定精度和跟踪精度要重点解决的问题,针对这一问题,提出了在速率稳定环采用变增益的串联高阶校正设计控制器和利用H_∞混合灵敏度方法进行控制器设计的方法,详细讨论了加权函数选择的问题。针对伺服系统中饱和非线性特性引起的Windup问题,引入了便于工程实现的非线性平方滞后校正的跟踪环校正方法,仿真结果表明上述方法都非常有效。 最后,在确定了目标真值测量设备的伺服系统的数学模型及全数字控制策略的基础上,给出了实现伺服系统的软、硬件结构。根据前述的理论研究结果以及得到的相应控制器,进行机(舰)载目标真值测量设备伺服系统的具体实现和调试,实验结果验证了方法的有效性和可行性,各项指标均达到或超过了系统的指标要求。目前此设备已通过检测并交付用户使用。


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