动力陀螺稳像系统自抗扰控制器设计

发布时间：2022-10-09 21:58

　　动力陀螺稳像系统是精确制导武器导引头的关键组成部分之一,过去对稳像系统的控制器是基于经典控制理论设计的,这种控制器虽然能满足性能指标,并达到一定控制要求,但控制性能仍有很大的提高空间。为了进一步提高系统的稳像性能与抗干扰性能,运用自抗扰控制理论对具有交叉耦合以及受内外干扰的动力陀螺稳像系统设计非线性控制器。采用前馈控制解耦矩阵实现通道之间的解耦;采用扩张状态观测器对系统的内外干扰进行实时估计和补偿,由非线性状态误差反馈控制律设计ADRC控制器,实现对动力陀螺稳像系统的控制。数字仿真结果表明:所设计的自抗扰解耦控制器具有良好的解耦性能、跟踪性能、抗干扰性能和抑噪性能,提高了动力陀螺稳像系统的控制性能。根据动力陀螺稳像系统的基本结构和工作原理,使用STM320F28335 DSP开发板,基于CCS 3.3软件平台,编写嵌入式控制软件,实现对动力陀螺稳像系统的旋转和进动控制。对稳像系统控制器进行了系统调试,结果表明,控制软件运行良好,可以满足动力陀螺稳像系统的控制要求。 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 导引头的发展
        1.2.1 导引头的分类
        1.2.2 动力陀螺稳定平台导引头的发展
    1.3 自抗扰控制理论的发展
    1.4 本文的主要工作
2 动力陀螺稳像系统的基本结构及工作原理
    2.1 基本结构
    2.2 工作原理
        2.2.1 旋转原理
        2.2.2 陀螺转子进动的工作原理
    2.3 动力陀螺稳像系统的数学模型
    2.4 动力陀螺稳像系统仿真
        2.4.1 动力陀螺稳像系统仿真模型
        2.4.2 性能分析
    2.5 本章小结
3 动力陀螺稳像系统自抗扰控制器设计
    3.1 自抗扰控制理论
        3.1.1 跟踪微分器
        3.1.2 扩张状态观测器
        3.1.3 非线性状态误差反馈律
        3.1.4 自抗扰解耦理论
    3.2 自抗扰控制器设计
        3.2.1 预解耦矩阵设计
        3.2.4 自抗扰控制器设计
    3.3 PID控制器
    3.4 仿真分析及结果
        3.4.1 仿真参数
        3.4.3 仿真结果
    3.5 本章小结
4 动力陀螺稳像系统控制器硬件平台
    4.1 动力陀螺稳像系统控制器实现方案
    4.2 F28335开发板
    4.3 外围电路
        4.3.1 采样电路
        4.3.2 旋转控制信号处理电路
        4.3.3 进动控制信号处理电路
    4.4 电路板实物照片
5 动力陀螺稳像系统控制器软件设计
    5.1 CCS 3.3软件平台
    5.2 控制器软件流程图
        5.2.1 控制器总体流程图
        5.2.2 中断子函数流程图
    5.3 CPU级寄存器配置
        5.3.1 时钟模块寄存器
        5.3.2 CPU定时计数器模块
        5.3.3 PIE模块寄存器
    5.4 通用I/O配置
    5.5 AD模块程序设计
        5.5.1 AD模块工作原理及寄存器配置
        5.5.2 AD初始化程序
    5.6 PWM模块设计
        5.6.1 PWM工作原理与寄存器配置
        5.6.2 PWM初始化程序
    5.7 旋转模块设计
        5.7.1 中断子函数中的旋转模块设计
        5.7.2 主函数中的旋转模块设计
    5.8 进动模块设计
        5.8.1 中断子函数中的进动模块设计
        5.8.2 主函数中的进动模块设计
    5.9 本章小结
6 系统的调试和联调
    6.1 动力陀螺稳像系统的调试
        6.1.1 半实物仿真照片
        6.1.2 硬件调试
        6.1.3 软件调试
    6.2 半实物仿真调试
        6.2.1 霍尔传感器信号
        6.2.2 稳速调试
        6.2.3 进动调试
        6.2.4 离轴角φ调整
        6.2.5 电锁信号联调
    6.3 本章小结
7 结束语
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]动力陀螺稳像系统自抗扰控制器设计与仿真[J]. 张君健,刘晓利,马增虎.  兵工自动化. 2016(05)
[2]小灵巧导弹自抗扰BTT控制器设计与仿真[J]. 王文文,刘晓利,王慧,张君健.  战术导弹技术. 2015(04)
[3]基于自抗扰控制的微型导弹导引控制一体化设计[J]. 王文文,刘晓利,李志坚.  指挥控制与仿真. 2015(03)
[4]基于干扰观测器的动力陀螺式导引头干扰力矩补偿[J]. 刘俊辉,单家元,赵新.  兵工学报. 2014(06)
[5]飞行制导控制一体化设计方法综述[J]. 薛文超,黄朝东,黄一.  控制理论与应用. 2013(12)
[6]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强.  控制理论与应用. 2013(12)
[7]基于哈佛结构的单周期堆栈处理器设计[J]. 何凯成,施慧彬.  微电子学与计算机. 2013(09)
[8]基于粒子群算法的导引头稳定平台控制参数设计[J]. 花文涛,贾晓洪,丁海山.  红外技术. 2013(08)
[9]一种位标器陀螺的建模方法及其仿真分析[J]. 周柱.  现代电子技术. 2013(08)
[10]国外导引头技术现状及发展趋势[J]. 徐春夷.  制导与引信. 2012(02)

硕士论文
[1]电视导引头伺服稳定平台及其控制技术研究[D]. 袁伟.南京理工大学 2014
[2]导引头位标器的建模及参数辨识[D]. 刘阳.哈尔滨工业大学 2012
[3]位标器线包综合测试系统设计[D]. 赵玉成.上海交通大学 2009
[4]数字式稳像控制器的研究与设计[D]. 潘彩霞.南京理工大学 2008
[5]位标器章动频率测试的研究与实现[D]. 杨樾.上海交通大学 2008
[6]动力调谐陀螺仪再平衡回路的H∞控制器设计[D]. 张媛.哈尔滨工程大学 2006
[7]电视制导炸弹系统数字仿真[D]. 李红渊.南京理工大学 2004



本文编号：3689424