发射装置高性能伺服系统研究与应用

摘要

本文是以发射装置为研究背景，对其伺服控制系统的设计与实现进行研究。发射装置伺服系统具有转动惯量大的特点，并要求有较高的控制精度和响应速度。本文运用系统设计、理论分析、计算机仿真以及实验研究等方法，分别将复合前馈控制和模糊PID自整定控制运用到发射装置位置伺服系统中。该研究工作对于提高发射装置伺服系统的响应速度和动态伺服精度，具有重要的参考价值。 论文首先介绍了国内外对伺服系统的研究现状。根据发射装置俯仰调转和方位回转运动的特点，本文详细介绍了该伺服系统的总体设计方案。接着推导了交流伺服系统的数学模型，并根据发射装置伺服系统的性能要求，设计了系统的电流环、速度环和位置环，并建立位置伺服系统的三闭环模型，进行仿真分析，验证了模型的准确性。根据发射装置转动惯量大、负载变化大的特点，设计了模糊PID自整定控制器，它在PID控制的基础上，利用模糊控制原理对PID参数进行实时自整定。仿真结果表明，此方法能够获得很好的控制效果。最后，通过在实际控制平台上对发射装置伺服系统进行了传统PID控制、模糊PID自整定控制的实验，结果表明该伺服系统达到了要求的性能指标，并证实系统设计方案的正确性以及控制算法的有效性。同时，本方法的研究，对提高伺服系统的性能具有一定的参考价值和实用意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2交流伺服系统综述

1.2.1交流伺服系统的发展

1.2.2永磁交流伺服系统

1.2.3交流伺服系统控制策略发展现状

1.3课题研究的目的及意义

1.4本文所做的主要工作

2发射装置伺服系统总体设计方案

2.1发射装置的运动分析

2.2发射装置伺服系统的组成

2.3发射装置伺服系统主要部件及其实现

2.3.1伺服电动机

2.3.2伺服驱动器

2.3.3 工业控制计算机和数据采集卡

2.3.4位置和速度检测元件

2.3.5电流检测元件

2.4伺服系统误差分析

2.4.1静态误差

2.4.2动态误差

2.5影响系统性能的扰动因素

2.5.1系统外部扰动

2.5.2系统内部扰动

2.6本章小结

3发射装置位置伺服系统数学模型分析

3.1永磁同步电动机模型

3.2基于转子磁场定向的矢量控制

3.2.1基于转子磁场定向的矢量控制PMSM数学模型

3.2.2交流伺服系统控制回路的组成

3.3发射装置伺服系统电流环控制

3.3.1电流环控制要求

3.3.2电流环PI控制设计

3.4发射装置伺服系统速度环控制

3.4.1速度环控制要求

3.4.2速度环PI控制设计

3.5发射装置伺服系统位置环控制

3.5.1位置环控制要求

3.5.2位置环二自由度控制设计

3.6系统的仿真与分析

3.7本章小节

4发射装置伺服系统的模糊PID自整定控制

4.1 PID参数自整定方法

4.2模糊自适应整定PID控制

4.2.1模糊自适应整定PID控制原理

4.2.2模糊控制器的基本结构

4.2.3模糊PID自整定控制的自整定原则

4.3模糊PID参数自整定控制器的设计

4.3.1各变量的模糊化及其隶属函数的确定

4.3.2确定参数模糊控制规则

4.3.3解模糊

4.4系统仿真与分析

4.5本章小节

5发射装置位置伺服系统实验结果与分析

5.1发射装置位置伺服系统性能指标

5.2实验系统的构成

5.3发射装置交流位置伺服系统实验研究

5.3.1位置伺服系统阶跃响应实验

5.3.2位置伺服系统等速跟踪实验

5.3.3位置伺服系统正弦跟踪实验

5.4发射装置机械传动部分精度检测实验

5.4.1发射装置机械传动部分精度检测实验设计

5.4.2发射装置机械传动部分精度检测实验结果

5.4.3发射装置机械传动部分精度检测实验结论

5.5本章小结

6结束语

6.1工作总结

6.2前景展望

致谢

参考文献