基于偏置电流的寻北仪控制系统一体化设计

摘要

寻北仪是一种采用惯性工作原理的方位指示仪器。它的工作不受外界复杂情况的干扰，能在全天候的条件下快速精确的测定北向，在国防和民用领域具有广阔的应用前景。磁悬浮寻北仪利用磁悬浮轴承理论实现对单自由度陀螺罗盘框架轴的无摩擦悬浮，可以大大提高寻北仪的响应速度和精度。
　　本文首先讨论了寻北仪的研究背景和磁悬浮技术的发展历史及国内外研究现状；探讨了今后的发展趋势以及研究中面临的问题；阐述了磁悬浮寻北仪的工作原理；介绍了寻北仪的整体机械结构和硬件电路的设计。本文在分析磁悬浮轴承的工作原理和结构组成的基础上，采用在平衡点线性化的方法，建立了单自由度磁悬浮轴承的数学模型，进而得到了它的状态方程。
　　所谓控制系统的“一体化”设计方法，就是将系统控制律的设计与系统的硬件参数（例如摆杆的长度、滑快的初始位置等）的设计结合在一起的设计方法。也就是将系统可调的硬件参数作为参变量考虑到控制系统的设计中去，基于变分法得到同时能使系统性能指标最优的系统硬件参数与最优的控制律。最后，本文通过对变分法的相关定理作出分析，结合线性二次型性能指标，给出了一体化设计的一种算法，并将此算法应用于寻北仪系统设计与可调硬件参数偏置电流的优化与调整中，通过仿真证明了此种方法的有效性。

目录

基于偏置电流的寻北仪控制系统一体化设计

INTEGRAL DESIGN FORNORTH FINDER CONTROLLERBASED ON OFFSET CURRENT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 寻北仪及磁悬浮技术的发展与研究现状

1.2.1 寻北仪的原理及现状

1.2.2 磁悬浮技术的发展及现状

1.2.3 磁悬浮轴承的发展趋势与问题

1.3 寻北仪系统控制概述

1.3.1 磁悬浮系统控制方法简介

1.3.2 寻北仪控制系统一体化设计概述

1.4 论文的主要内容

1.5 本章小结

第2章 寻北仪的机械结构及硬件电路设计

2.1 寻北仪的工作原理

2.2 寻北仪的机械结构

2.3 电磁轴承的优化设计

2.4 寻北仪的硬件电路设计

2.4.1 功率放大器的设计

2.4.2 位移测量电路的设计

2.4.3 保护电路的设计

2.5 本章小结

第3章 磁悬浮寻北仪系统建模

3.1 磁悬浮寻北仪系统数学建模策略研究

3.1.1 五自由度转子耦合情况分析

3.1.2 单自由度磁悬浮轴承建模理论分析

3.2 单自由度磁悬浮轴承的建模

3.3 径向单自由度轴承的数学建模

3.4 轴向单自由度轴承的数学建模

3.5 本章小结

第4章 寻北仪控制系统一体化设计的实现

4.1 最优控制理论基础

4.1.1 线性系统二次型性能指标

4.1.2 变分法

4.2 控制系统一体化设计的数学描述

4.2.1 最优化问题的数学描述

4.2.2 主要结论的推导

4.3 磁悬浮寻北仪一体化设计的实现与仿真

4.3.1 参数和控制对象的选择

4.3.2 控制器的设计

4.4 仿真实验

4.4.1 轴向系统的初值响应

4.4.2 轴向转子受不同干扰力时的响应

4.4.3 转子受冲击载荷时的响应

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢

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