复合台精密离心机控制系统研究-控制科学与工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TP273 U.D.C: 681.5 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE CONTROL SYSTEM OF THE PRECISION CENTRIFUGE IN THE COMPOSITE PLATFORM BODY Candidate： Gao Jinxing Supervisor： Prof. Zeng Ming Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Control Science and Engineering Affiliation： School of Astronautics Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学硕士学位论文 哈尔滨工业大学硕士学位论文 摘 要 采用振动台与离心机复合的结构形式构成试验系统来模拟飞行器发射段或 再入段过程中的过载与振动的复杂动态环境，这种复合形式的设备能够提供更为 真实的环境状况，同时也能揭示某些地面实验中难以暴露出来的但在飞行或者发 射过程中的确能够发生的复杂状态和破坏情况。模拟这种复杂的动态环境有助于 提高对复杂动态环境的认识，建立精确的误差系数，提高惯性仪表的测量精度， 提高研究能力和研究手段，实现研究的天地一致性。 本课题主要研究复合台离心机在实现过程中的精密测量与控制的关键技术 问题，如离心机的控制系统结构形式、角位置的精确测量、基于 DSP 的嵌入式 控制器设计、上下位计算机的实时通讯问题、系统仿真试验分析、离心机控制系 统软件、硬件系统设计与在实验转台上的调试问题以及离心机周期扰动的特点和 抑制周期性干扰的控制策略等问题。 离心机控制系统以实现嵌入式控制器为目标，深入研究了基于 DSP 和 FPGA 等组成的实时控制器，在实施过程中所涉及的设计、调试、闭环模拟系统验证、 系统实现等关键技术问题。针对包括离心机角位置测量元件、主控制器、上位机 通讯模块、DA 转换模块、闭环模拟系统验证，电机及其驱动器等几个关键环节 模块展开了研究工作。 对离心机被控对象进行了建模，针对离心机开环控制系统相位裕度小、复合 台机械谐振频率低、系统带宽设计受到限制等关键问题进行了研究，设计了超前 校正控制器，进行了离心机系统仿真试验分析。并在实验转台上对离心机控制系 统的进行了调试和闭环频率特性测试。针对实验转台调试过程中存在的系统的带 宽偏高、谐振峰值较大、中低频段系统刚度较软等问题进行了研究并提出了解决 方案，并在实验转台系统上进行了实现，为复合台离心机的工程实现做好了准备。 控制系统程序设计研究了如何将之前设计的校正控制器进行算法实现，并实 现了离心机控制系统的精密定速、定位功能。离心机控制系统以工业控制计算机 为上位机，在上位机上编写了控制界面，实现了对下位计算机的实时检测与控制， 并完成了人机交互和复合台系统数据管理等监控任务。嵌入式控制器 FPGA 模块 实现了精确的角位置解析以及与 DSP 的通信功能。 针对复合台存在动不平衡、电机波动等力矩扰动，影响系统性能的问题，提 出了采用重复控制进行扰动抑制的控制策略，设计了相应的重复控制器，并进行 了仿真试验分析，对加入重复控制器的系统进行了系统的性能分析和检验。为实 际系统实现提供了理论参考。 关键词：复合台精密离心机；控制系统设计；闭环频率特性；重复控制 - I - Abstract Foreign research institutions use test system composed of composite structure of centrifuge and linear vibrator to simulate spacecraft launch or reentry of overloading and vibration in complex dynamic environment, this composite form of equipment can provide more realistic environmental conditions, while also revealing complex state and damage which can indeed occur during flying or lanching.Simulating such a complex and dynamic en