转台控制系统设计与实现及基于神经网络的参数优化

摘要

随着愈来愈多的新型惯性器件的不断涌现和完善，惯性元件精度的检测与标定在导航系统中同样发挥着举足轻重的作用。惯导测试转台作为惯性测试技术的重要组成部分，其定位精度和运行速率精度及平稳性对惯导设备的测试及标定亦发挥重要作用。本文以单轴陀螺测试转台为背景，在深入分析其定位和速率指标要求后，进行了基于PC104的转台位置及速率控制系统的设计，实现了全数字方案的转台控制系统的设计。同时在此基础之上对其控制算法进一步分析设计，以获得更高的控制精度。在设计控制策略之前首先要对转台被控对象进行建模，根据转台的实际运行状态建立相应的模型，为接下来控制算法的设计以及仿真奠定了基础。为使转台兼顾精度的同时获得更快的响应速度，对控制算法分为大偏差和小偏差两部分：大偏差旨在选择的控制器在转台运行过程能够快速且平稳的靠近目标位置。重点部分为小偏差控制器的设计。在调试过程中选择两级超前滞后校正控制器，在此基础上，进一步提出了神经网络优化PID控制参数的方法，使其在控制性能上有所改善，最后进行了仿真研究。
　　本研究以实际工程项目为背景。因此系统的硬件与软件的设计同样占据关键地位。硬件与软件设计的是否正确、合理直接关系到整个系统的控制性能。系统选用研华嵌入式主板PCM3343-PC104，以此为核心设计外围测角系统、数据处理系统、信号处理模块以及通讯系统。其信号处理模块采用 EPLD实现以简化电路。软件的设计主要包括控制系统、上位机控制界面和高速串行通讯的设计。控制系统通过定时中断实现1ms采样定时控制，上位机控制界面和高速串行通讯要通过C++和VB同时编程实现。最后完成了系统的调试以及最终调试结果的数据分析和总结。通过对转台进行检测获得的实验数据进行分析、计算，验证了系统的定位精度、速率的精度和平稳性等相关性能指标均能满足用户要求。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状及分析

1.3 神经网络研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 转台总体方案设计及模型建立

2.1转台的性能分析

2.2转台控制系统总体方案

2.3 转台被控对象数学模型建立

2.4 测角系统数学模型建立

2.5本章小结

第三章 控制系统设计及其基于BP神经网络的优化

3.1 转台控制系统方案确立

3.2 精密位置控制回路设计

3.3 BP神经网络优化PID参数控制器的研究

3.4 本章小结

第四章 控制系统的软硬件设计及实现

4.1 控制系统硬件设计

4.2 控制系统软件设计

4.3 本章小结

第五章 系统调试及运行结果分析

5.1 转台控制系统的调试

5.2 转台控制系统实验数据分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢