具有有限时间收敛特性的动中通天线伺服系统自抗扰控制研究

摘要

动中通雷达是卫星通信中十分重要的一环，而动中通雷达的跟踪精度与搜寻能力直接由天线伺服系统决定。本文主要针对动中通天线伺服系统进行控制算法设计，并搭建了天线伺服系统实验平台进行可行性验证。 本文将具有强抗干扰能力的自抗扰控制算法和能够实现快速收敛的有限时间控制算法相结合，提出了一类一般性的具有有限时间收敛特性的自抗扰控制算法。首先，本文将传统线性扩张状态观测器和有限时间观测器结合，设计了有限时间扩张状态观测器，使其不仅能够观测并估计扰动，还具有有限时间收敛特性，并给出了相应的理论证明。其次，本文提出了一类简便的有限时间扩张状态观测器的参数整定办法，并给出理论依据，填补了非线性扩张状态观测器参数整定的空白。再次，基于有限时间扩张状态观测器，本文设计了有限时间自抗扰控制器，使控制系统在有限时间内达到收敛，实现更好的实时性和稳定性，并应用数学归纳法和Lyapunov方法进行了数学分析和证明。 通过与中国电子科技集团第五十四研究所合作，本文搭建了0.9米口径车载动中通天线伺服系统实验平台。该平台以浮点DSP控制器TMS320F28335为核心，以Elmo Driver为驱动，结合上位机进行软件编程，能够实现实时的工况监测和算法参数的在线调节。 最后，本文将上述具有有限时间收敛特性的自抗扰控制算法在搭建好的天线伺服系统平台上进行验证。实验结果表明本文所设计的算法能够实现快速而精准的跟踪，兼具了良好的抗干扰能力，综合性能优于传统自抗扰控制，大大提高了动中通天线伺服系统的跟踪精度和跟踪速度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 动中通天线伺服系统背景

1.1.2 自抗扰控制背景

1.1.3 有限时间控制背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 动中通天线伺服系统现状

1.2.2 自抗扰控制现状

1.2.3 有限时间控制现状

1.3 相关引理

1.4 论文主要内容

第2章 有限时间扩张状态观测器设计

2.1 传统扩张状态观测器

2.2 有限时间扩张状态观测器

2.3 参数整定

2.4 仿真结果

2.5 本章小结

第3章 有限时间自抗扰控制器设计

3.1 传统自抗扰控制器

3.2 有限时间自抗扰控制器

3.3 具有有限时间收敛特性的自抗扰控制

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第4章 动中通天线伺服系统实验平台

4.1 硬件平台的搭建

4.2 天线平台的软件设计

4.2.1 基于DSP的程序设计

4.2.2 基于Elmo Composer的驱动器整定

4.3 上位机界面简介

4.4 俯仰轴闭环运行实现

4.5 本章小结

第5章 天线伺服系统平台上的算法实现

5.1 天线伺服系统的建模

5.2 具有有限时间收敛特性的自抗扰控制算法仿真

5.2.1 具有有限时间收敛特性的自抗扰控制

5.2.2 仿真结果分析

5.3 具有有限时间收敛特性的自抗扰控制算法实验

5.3.1 方位轴控制实验

5.3.2 俯仰轴控制实验

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢