一种高稳定度扫描驱动控制系统的设计与实现

摘要

微波辐射计是气象卫星上的核心星载仪器，要从气象卫星获得高质量的图像，实现对地或大气等的精确观测，必须实现对微波辐射计扫描运动的高精度控制。本论文就微波辐射计的扫描驱动控制技术进行研究，主要任务是设计一个基于永磁同步电机的扫描驱动控制系统地面实验平台，保证电机以高稳定度驱动平台旋转，相关硬件选型以载荷研制单位全极化微波辐射计驱动硬件参数为参考，所研制的控制系统接近载荷真实工作情况。本论文就某一大惯量转子的高稳定度控制进行研究，所以本研究具有特定的针对性。
　　本文针对微波辐射计高稳定度转速控制的要求，提出一种以飞思卡尔单片机为核心控制器的数字扫描控制系统设计方法。本文以永磁同步电机作为伺服驱动机构，以旋转变压器作为角位置测量元件，以霍尔元件作为周期检测元件，并采用电流、转速双闭环的控制策略，实现了对大惯量转子的高稳定度控制。
　　论文首先介绍了微波辐射计扫描控制系统的发展与现状，然后介绍系统的整体设计方案、硬件选型。
　　其次，建立系统的模型，对系统的性能进行分析，理论验证系统性能是否满足设计指标要求。由于采用电流、转速双闭环控制方式，需对内、外环PID控制器的参数进行设计。然后对选择的控制方案进行Matlab仿真。仿真验证了扫描控制方案的可行性，其转子的稳态转速精度满足设计要求。
　　再次，进行扫描控制系统的软、硬件设计。采用正弦波半桥驱动的方式驱动永磁同步电机，通过长周期采样及大惯量来抑制测量、轴系摩擦及电机力矩波动造成的干扰。硬件方面以飞思卡尔MC56F8027单片机作为数字控制器搭建驱动及控制电路，以双AD2S80A芯片作为旋转变压器的解算芯片，实现21位高精度的角位置解算。软件方面使用CW10.4编译器进行程序的编译及调试，使用汇编及C语言混合编程的方式实现电流采样、角位置信号采集、正弦波控制、RS485通信等、PID控制功能。
　　最后采用C++Builder开发上位机界面，进行了地面仿真实验台的转速稳定度控制实验，实验结果表明，本设计方案可行，基本达到了设计指标的要求。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源与研究背景和意义

1.2星载微波辐射计及扫描控制系统的研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 扫描驱动控制系统总体方案设计

2.1引言

2.2设计指标

2.3数字伺服系统的概念和原理

2.4扫描驱动控制系统的结构

2.5系统主要部件的选型及其实现

2.6控制方案设计

2.7扫描控制系统的主要功能模块划分

2.8本章小结

第3章 系统的建模及仿真

3.1引言

3.2扫描控制系统及其建模

3.3扫描控制系统性能分析

3.4扫描驱动控制系统控制器的设计

3.5扫描控制系统的仿真

3.6本章小结

第4章 扫描控制系统的软硬件设计

4.1前言

4.2驱动测量板设计

4.3电机控制板设计

4.4扫描控制系统的软件设计

4.5本章小结

第5章系统测试及实验分析

5.1前言

5.2 系统测试实验

5.3 结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢