控制力矩陀螺高精度框架伺服控制技术研究

摘要

控制力矩陀螺框架的转速、定位特性直接影响了陀螺力矩输出的精度，因而框架伺服控制技术的研究具有重要意义，论文从以下三方面展开了研究。　　首先，论文介绍了框架伺服系统和自抗扰控制器相关的研究和应用现状。针对高精度角速度控制、角位置定向的目标，一方面对无刷直流电机数学模型及运行特性进行详细分析，另一方面提出了基于改进自抗扰控制器与磁定向矢量合成算法、位置环-速度环-电流环三闭环架构的框架伺服系统闭环控制方案，阐述了磁定向矢量合成算法原理及实现方法，设计了无刷直流电机的一阶改进自抗扰控制器，仿真实验结果表明闭环控制方案的控制精度高，抗扰能力强。　　随后，论文展开对伺服系统的硬件设计工作。针对高精度测速需求，详细介绍了基于双通道旋转变压器的高精度测速技术，包括双通道旋转变压器工作原理、解算电路和解算算法设计，根据低速测速特点使用多周期后向差分算法、卡尔曼滤波算法对低速测速进行改进。另外，论文完成了基于DSP和FPGA的微控制器系统设计、基于DRV8312的集成功放电路设计和相电流采样电路设计。　　最后，论文搭建实验平台，设计了基于LabWindows/CVI的上位机监控软件，对框架伺服系统的角速度控制性能、角位置定向性能和角加速度动态性能进行测试，测试结果表明论文设计的框架伺服系统性能优良，达到了预期的设计要求和目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 论文主要研究内容及问题

1.4 本章小结

第二章 无刷直流电机原理与建模分析

2.1 无刷直流电机简介

2.2 无刷直流电机结构及驱动方式

2.3 无刷直流电机数学模型

2.4 本章小结

第三章 磁场定向矢量合成算法

3.1 磁定向矢量合成算法简介

3.2 坐标转换

3.3 无刷直流电机解耦模型

3.4 磁场定向矢量合成算法实现

3.5 本章小结

第四章 自抗扰控制器设计

4.1 PID到自抗扰控制器

4.2 自抗扰控制器

4.3 基于改进自抗扰控制器的框架伺服系统设计

4.4 本章小结

第五章 高精度转速测量技术研究

5.1 高精度测角器件

5.2 旋转变压器高精度测速设计

5.3 转速测量优化

5.4 本章小结

第六章 硬件系统设计与实现

6.1 硬件系统框架设计

6.2 微控制器系统设计

6.3 集成驱动电路设计

6.4 相电流采样电路设计

6.5 本章小结

第七章 系统仿真及实验

7.1 系统仿真分析

7.2 系统实验研究

7.3 控制系统性能测试

7.4 本章小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果