双轴伺服转台控制系统设计及实现

摘要

本文以某型双轴伺服转台为背景，研究并实现了双轴伺服转台控制系统。按照转台的四种功能：位置、速率、伺服和正弦摇摆，设计并实现了各控制系统的硬件、软件，实现四种功能，通过精度检测，达到了技术指标的要求，取得了令人满意的效果。
　　首先，从总体设计的角度，介绍了转台控制系统，简述了转台的机械结构和电气系统结构。运用运动学和动力学的有关知识建立了双轴转台和功率放大环节的数学模型。
　　其次，实现精密位置控制系统。研究了典型的双回路控制方法在转台上的应用，设计了控制器，并且讨论了双回路控制的离散化设计问题。基于80C196KC单片机，设计并调试了位置控制系统的硬件电路，实现了转台位置控制系统，达到技术指标要求。
　　再次，实现精密速率控制系统。研究了速率产生原理和相敏检测原理，实现了精密速率发生器，设计并调试了速率系统的硬件电路，实现了转台速率控制系统，达到技术指标要求；实现陀螺伺服控制系统。研究了转台伺服法测试陀螺漂移的原理，设计并调试了陀螺伺服系统的硬件电路，实现了转台陀螺伺服控制系统。
　　最后，实现正弦摇摆控制系统。研究了复合控制在转台上的应用，设计了前馈控制器。设计并调试了正弦摇摆指令信号的传输电路，实现了正弦摇摆控制系统，达到技术指标要求。

目录

双轴伺服转台控制系统设计及实现

THE DESIGN AND IMPLEMENTATION FOR CONTROL SYSTEMS OF TWO AXIS SERVO TURN TABLE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 高精度惯导测试技术的研究背景和发展概况

1.1.1 惯性导航与惯导测试技术设备

1.1.2 国内外的惯导测试设备的发展现状

1.2 课题研究的来源及主要内容

第2章 转台控制系统总述

2.1 引言

2.2 伺服转台的机械结构

2.3 伺服转台的电气结构

2.3.1 执行元件及功率放大器的选择

2.3.2 转台控制系统的总体设计

2.3.3 控制系统的精度指标

2.4 转台数字控制系统的优势

2.5 转台系统被控对象的传递函数

2.6 功率放大环节的传递函数

2.7 下位机控制算法流程图

2.8 本章小结

第3章 精密位置控制系统

3.1 引言

3.2 精密位置控制系统的结构

3.3 零阶保持器问题分析

3.4 双回路位置控制器设计

3.4.1 快速归零的粗位置回路设计

3.4.2 高刚度的精回路设计

3.4.3 切换条件的选取

3.5 控制系统的数字化实现

3.5.1 离散化方法的选取

3.5.2 采样周期的选择

3.5.3 双回路校正环节的离散化实现

3.6 精密位置控制系统的硬件设计

3.6.1 基于80C196KC的下位机控制系统

3.6.2 A/D和D/A转换电路

3.6.3 抗干扰措施

3.7 位置控制系统的实际调试

3.7.1 定位精度检测

3.8 调试问题概述

3.9 本章小结

第4章 精密速率控制系统和陀螺伺服控制系统

4.1 精密速率系统的实现原理

4.2 精密速率控制系统设计

4.2.1 相敏检测原理

4.2.2 速率偏差信号产生原理

4.3 精密速率控制系统的硬件设计

4.3.1 速率指令发生器

4.3.2 相位误差的生成

4.3.3 泵电路

4.3.4 A/D转换电路

4.4 精密速率控制系统的实际调试

4.4.1 速率准确度及平稳性检测

4.5 调试问题概述

4.6 转台伺服法测试陀螺漂移的原理

4.7 陀螺伺服控制系统及硬件设计

4.8 陀螺伺服系统的实际调试

4.9 本章小结

第5章 正弦摇摆控制系统

5.1 引言

5.2 基于复合控制的正弦摇摆系统设计

5.2.1 复合控制

5.2.2 仿真结果

5.3 正弦摇摆系统的硬件设计

5.3.1 正弦摇摆信号的产生和传输

5.4 正弦摇摆控制系统的实际调试

5.4.1 正弦摇摆运动的失真度

5.4.2 正弦摇摆运动的精度

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢