大质量运动负载双驱同步控制研究

摘要

近年来，随着卫星编队理论研究的不断深入，卫星编队技术正逐步从理论研究转向工程应用。为了服务某型号卫星，设计了运动模拟器物理平台，模拟卫星在太空中的运动轨迹。该运动模拟器采用类似大型双驱龙门机床的结构。在这种结构中，双轴之间存在机械耦合关系，由于横梁上大质量滑块的运动导致负载参数不确定性和时变外部干扰，使得双驱同步控制的难度明显加大。为了提高单轴跟踪精度与双轴同步精度，有必要进行同步控制研究。
　　针对双直线电机运动模拟器同步控制系统具有机械耦合关系，且由于横梁上大质量滑块的运动导致负载参数不确定性和时变外部干扰的特点，论文中基于拉格朗日方程建立了能反映系统机械耦合关系以及横梁上滑块运动的动力学模型。
　　基于拉格朗日方程所建立的动力学模型，针对单轴进行双闭环控制器设计，同时为了解决传统PID控制在双驱同步控制系统中的弊端，提高同步控制精度，本文还设计了交叉耦合控制器。通过对不同负载不确定性、不同外部干扰和不同滑块运动速度三种情况，进行MATLAB仿真，并对控制效果进行分析。
　　为了进一步提高控制系统的性能，设计了H∞-交叉耦合控制算法。首先介绍了鲁棒控制的基本思想和H∞控制算法设计流程，然后基于拉格朗日建立的动力学模型进行H∞-交叉耦合控制算法设计，最后通过仿真对控制算法的控制效果进行验证并与第三章的控制结果进行比较。
　　论文最后设计了运动模拟器物理平台，并将设计的控制算法应用到该物理平台。首先，介绍了运动模拟器控制系统的电气设计思路。然后，分别介绍运动模拟器控制系统硬件部分和软件部分。最后，基于搭建的运动模拟器控制系统物理平台，针对PID-交叉耦合控制算法和H∞-交叉耦合控制算法进行双驱同步运动实验，并分析实验结果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1论文的研究背景和意义

1.2双驱同步控制的发展现状

1.3论文主要研究内容

第二章 运动模拟器控制系统建模

2.1引言

2.2运动模拟器平台结构简介

2.3影响系统性能的主要因素分析

2.4基于拉格朗日方程动力学建模

2.5本章小结

第三章 PID-交叉耦合控制算法设计

3.1引言

3.2 PID-交叉耦合控制原理

3.3 PID-交叉耦合同步控制算法设计

3.4仿真与分析

3.5本章小结

第四章 H∞-交叉耦合控制算法设计

4.1引言

4.2 H∞控制的基本思想

4.3H∞-交叉耦合同步控制算法设计

4.4仿真与分析

4.5本章小结

第五章 运动模拟器控制系统设计与实现

5.1引言

5.2运动模拟器电气系统总体设计

5.3运动模拟器控制系统硬件设计

5.4运动模拟器控制系统软件设计

5.5实验与分析

5.6本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文