硕士论文光纤陀螺视线稳定系统的设计与工程实现-第4章工程实现.doc

硕士论文光纤陀螺视线稳定系统的设计与工程实现-第4章工程实现.doc哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第四章工程实现FOGSS是一个精密的机电系统装置。通过工程设计工作,基本完成了前阶段预期期间的工程要求,同时发现了一些技术上的问题。本章将就硬件配置、控制系统综合、软件设计展开讨论。-1所示。系统由从结构上由两大块组成:外框架回路(组件名称上标注1)和内框架回路(组件名称上标注2),内环对外环有耦合作用,为了设计方便,通过光电编码器对环架进行了解耦。这样,每个环架实现了单入单出,并且环架的控制律的设计是类似的。在硬件设计上,作了以下考虑:。这样可以避免设计繁杂的硬件电路,并且可以使用PC机功能齐全的软件系统,便于软件编程和系统调试。。直接驱动电机的精度较高,而且可以实现传动链的简化和结构的简化,避免复杂的传动机构带来的机械加工误差。:为防止控制作用处理失误造成相机和整个框架受损,设置两级限位装置对系统进行保护。第一级为光电型行程开关,当系统超出工作范围时由软件进行故障处理,第二级为机械式挡块,阻止框架连续旋转而绞断电机信号传输电缆。:为了尽可能的减小稳定系统两框架之间的耦合,需要每次启动系统自动校零。由于基座伺服回路的位置传感器为增量式光电编码器,因而在硬件设计上采用光电行程开关帮助云台系统回到理想的初始位置(相机LOS的水平位置)。-34-第4章工程实现FOG1Encoder1BDDM1Frame1GO-400IPCMotioncontrollerBDDM2Frame2Encoder2FOG2图4-1FOGSS的结构Figure4-1thestructureofFOGSS图中IPC:研华工控机;GO400:运动控制卡;BDDM1、pumotor公司的无刷直接驱动电机DM1030B(外环)和DM1015B(内环);FOG1、FOG2:KVH公司数字输出开环光纤陀螺Ecore2000;Encoder1、Encoder2:电机内嵌的增量式光电编码器;Frame1、Frame2:云台的外框架和内框架;。需要考虑的控制律和运动控制有:稳定回路的控制基座伺服回路控制方位自动校零俯仰自动校零-35-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文基座伺服回路与稳定回路的相互切换由于稳定回路是系统的核心部分,我们仅仅讨论稳定回路设计。,我们就可以进行控制器设计了。设计掌握的基本原则是:结构简单,调试方便;下面,我们具体的就每个回路分别讨论。控制系统综合是针对简化模型的,由第二章的系统分析,我们可以得到稳定回路的简化模型如下图所示。此时摩擦力矩先假定为一个干扰。Tf(t)c1(t)1(t)Gc(z)ZOHKmJss-1zTs(tn)图4-2稳定回路控制系统综合用框图Figure4--2所示。名义对象Gp(s)=kmJs(4-1)其z传函为kmTs(1z)=KTsz1z11Gp(z)=Zzoh(Gp(s))=(4-2)J式中K=kmJ=(4-3)考虑光纤陀螺的一拍延迟,则整个系统的开环z传函为-36-第4章工程实现2KTszGo(z)=(4-4)11z采用w变换[18],Ts1w2Tsz=或w=1w22Tszz11(4-5)Go(w)=K(1w(1Tsw)2Tsw)22(4-6)Go(jv)=K(1jv(1Ts2jv)2Tsjv)2(4-7)校正前系统的对数频率特性如图4-3所示,BodeDiagramsGm=(),Pm=.()200)Bd(edutingaM;)ged(esahP-20-40-600-100-200-300-40010Frequency(rad/sec)图4-3校正前的系统的对数频率特性Figure4-3frequencycharacteristicsbeforecontrolsystemsynthesis系统对斜坡角度率信号响应是有差的,为了消除位置误差和提高增益,采用迟后校正,为了调试方便,设计中采用基本II型系统,故可取校正函数:-37-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Gc(w)=wKc(1)w1(4-8)w取w1=10rad/s,Kc=200K=244,此时带宽约为20rad/s,在调试时应在线调整这两个参数。校正后的对数频率特性如