车载雷达稳定转台伺服控制系统设计与研究

摘要

车载雷达伺服系统是车载雷达的重要组成部分，它的主要功能是驱动雷达天线在稳定转台上作方位旋转，在有强外部扰动的环境中，为雷达天线提供稳定的水平基准，因此车载雷达伺服系统的品质对于整个车载雷达系统的性能起着直接的作用。本文给出了车载雷达稳定转台伺服系统的设计方法，并针对其伺服控制系统开展了理论研究与仿真分析。 作为车载雷达设备的天线及稳定转台，其运行环境、工作情况等因素都与该车载雷达伺服控制转台的稳定性息息相关。由于只能建立一个近似的数学模型来表示被控对象，稳定转台的内部参数也会随着运行环境而发生改变，同时还存在着外部干扰，伺服控制器的控制效果往往比理论值差。 在不降低系统性能的要求下，本文应用滑模变结构控制理论，研究提出了一种高精度、具备较强抗干扰能力的控制方法控制车载雷达天线，以满足车载工作范围更广泛的使用要求和雷达总体对控制精度的要求。建立了被控对象和控制系统的四阶数学模型，基于MATLAB开展了计算机仿真实验，验证了滑模变结构控制器的控制效果，为工程应用奠定了基础。与PID控制方案相比，基于滑模变结构控制的方案具有动态特性好、精度高、鲁棒性强等优点，能够满足车载雷达伺服系统的控制要求，可以在伺服控制领域推广应用。 为了提高收敛率和系统响应速度，结合有限时间稳定和积分滑模控制理论，提出一种新型有限时间收敛滑模控制器设计方法，并通过MATLAB仿真证明该方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 雷达伺服系统研究现状

1．2．1 伺服系统组成与特点

1．2．2 雷达天线伺服控制转台分类

1．2．3 伺服系统的控制方法

1．3 滑模变结构理论及其发展应用情况

1．3．1 滑模变结构控制理论的引入

1．3．2 滑模变结构控制理论研究及发展状况

1．3．3 滑模变结构控制理论在伺服系统中的应用

1．4 论文的主要内容和结构

第2章 车载雷达稳定转台伺服系统总体设计

2．1 引言

2．2 车载雷达稳定转台伺服系统的组成

2．2．1 主控计算机

2．2．2 伺服控制单元

2．2．3 天线机构

2．3 车载雷达伺服控制器

2．3．1 接口电路模块设计

2．3．2 控制电路模块设计

2．3．3 控制芯片选择

2．4 本章小结

第3章 车载雷达稳定转台控制理论研究与仿真

3．1 引言

3．2 控制对象的机理建模

3．2．1 带负载电机模型

3．2．2 功率放大器模型

3．3 PID控制原理

3．4 伺服系统位置-速度双闭环的PID控制

3．5 伺服转台方位控制系统仿真

3．5．1 控制系统MATLAB建模

3．5．2 控制参数整定

3．5．3 参数变化或有外部干扰时的PID控制效果

3．6 带摩擦模型的伺服转台方位系统仿真

3．6．1 Stribeck摩擦模型描述

3．6．2 建立带摩擦模型的伺服转台方位控制系统

3．7 本章小结

第4章 车载雷达稳定转台伺服系统滑模变结构控制

4．1 引言

4．2 滑模变结构控制理论基础

4．2．1 滑模与滑模控制

4．2．2 滑模控制三要素

4．2．3 滑模变结构控制系统的动态品质

4．2．4 滑模动态匹配条件

4．2．5 滑模变结构控制系统的抖振问题

4．3 伺服系统滑模变结构控制器的设计

4．3．1 滑模变结构控制器的设计步骤

4．3．2 稳定转台伺服系统滑模变结构控制器的设计

4．3．3 稳定转台伺服系统滑模变结构控制器的仿真实验

4．4 滑模控制器与经典PID控制器的比较

4．4．1 动态响应比较

4．4．2 抗参数不确定性及抗干扰能力比较

4．4．3 仿真比较结论

4．5 本章小结

第5章 车载雷达稳定转台伺服系统有限时间积分滑模控制

5．1 引言

5．2 有限时间稳定性相关理论

5．2．1 有限时间稳定性定义

5．2．2 积分链系统有限时间收敛算法

5．2．3 有限时间积分滑模面设计

5．3 稳定转台伺服系统有限时间积分滑模控制

5．4 有限时间积分滑模控制器仿真实验

5．5 本章小结

第6章 结束语

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文