变负载两轴转台伺服系统控制研究

摘要

转台作为高精度的机电一体化产品，被广泛应用在航空航天、航海、机器人、火炮及数控机床等领域。比如对雷达、导弹及火炮的方位角与俯仰角的控制;对舰船、卫星中的执行机构的仿真试验;模拟各种船体的偏航、俯仰、横滚等姿态;对机器人的运动控制等等。本论文以某武器转台伺服系统为工程背景，对其进行性能研究。该转台伺服系统精度要求高、负载适应范围大，常规的控制方法已不能满足其性能要求。本文提出的小波神经网络与自适应控制相结合的控制方法，仿真结果表明，在提高了转台伺服系统精度的同时，对系统参数摄动及外部干扰也具有很强的鲁棒性。
　　本论文的主要研究工作集中在以下几个方面:
　　首先，对转台伺服系统的组成结构特点和工作原理进行了深入分析，设计了以TMS320F2812为核心的系统硬件电路。确定永磁直流力矩电机的数学模型，并在此基础上对转台伺服系统进行建模，分析了系统中的不确定性和非线性因素。
　　其次，针对转台伺服系统中存在非线性及不确定性从而导致的难以建立系统精确数学模型的问题，本文采用小波神经网络辨识方案，辨识结果表明，小波神经网络辨识能够很好地适应控制环境的快速变化，且具有良好的动态性能。
　　最后，将小波神经网络与自适应控制结合，提出了间接小波神经网络自校正控制方案。该方案利用基于遗传算法优化的小波神经网络在线辨识器实时地为小波神经网络自适应控制器提供梯度信息，使得控制器的学习修正能够正确的进行。通过仿真实验分析，间接小波神经网络自校正控制方案具有较好的控制性能。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外转台发展现状及趋势

1．3 转台伺服系统现状

1．4 转台伺服系统算法研究现状

1．5 论文主要内容

2 转台系统组成与工作原理

2．1 转台系统组成及工作原理

2．2 转台系统技术指标

2．3 转台系统负载分析

2．4 转台系统硬件组成简述

2．4．1 上位机与控制计算机

2．4．2 俯仰与方位电机

2．4．3 电机驱动器

2．4．4 位置检测装置

2．5 本章小结

3 转台伺服系统硬件设计

3．1 转台伺服控制系统硬件设计

3．2 伺服控制板的设计

3．2．1 TMS320F2812最小系统

3．2．2 供电电路

3．2．3 电平转换电路

3．2．4 上位机通信电路

3．3 D／A转换电路的设计

3．4 电源滤波板的设计

3．5 本章小结

4 转台伺服系统建模

4．1 转台伺服系统数学模型

4．2 转台伺服系统中的不确定性与非线性因素分析

4．2．1 参数的不确定性

4．2．2 非线性因素

4．3 本章小结

5 转台伺服系统模型辨识

5．1 系统辨识基础

5．2 辨识数据的获取与预处理

5．2．1 辨识数据的获取

5．2．2 辨识数据的预处理

5．3 神经网络

5．4 小波神经网络辨识

5．4．1 小波分析

5．4．2 小波神经网络结构形式及学习算法

5．4．3 小波神经网络辨识研究

5．5 系统辨识结果分析

5．6 本章小结

6 转台伺服系统控制器设计与仿真

6．1 PID控制器

6．1．1 PID控制原理

6．1．2 小波神经网络PID控制器设计

6．1．3 小波神经网络PID控制仿真研究

6．2 小波神经网络自适应控制器

6．2．1 自适应控制原理

6．2．2 间接小波神经网络自校正控制器设计

6．2．3 基于遗传算法优化的小波神经网络在线辨识研究

6．2．4 间接小波神经网络自校正控制仿真研究

6．3 本章小结

7 结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况