仿真转台自整定控制器设计及辅助软件开发

作     者：王玘玥 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈松林

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 082504[工学-人机与环境工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：转台伺服系统 参数辨识 扩展卡尔曼滤波 自整定控制 辅助软件 

摘      要：仿真转台伺服系统在飞行器研制中发挥着重要的作用,在应用过程中,因不同试验的需求,会安装不同的被测件,各轴的转动惯量因此会发生很大变化。固定参数的常规控制器对负载变化比较敏感,其性能特性往往会因负载参数变化而变差,甚至无法满足使用要求。同时当负载惯量发生变化时,模型辨识参数及控制器参数也需要离线手动调整,给开发人员造成不便。为提高转台伺服系统的适应性和提高开发人员调试效率,本文研究了基于扩展卡尔曼滤波技术的转台被控对象参数辨识方法,然后引入自整定控制思想,设计了可以适应不同负载的控制器,最后将上述算法整合,设计并开发被控对象模型参数自动辨识及自整定控制器设计辅助软件。具体研究结果如下:首先,在分析转台伺服系统的组成和原理的基础上,推导并建立转台电机伺服系统被控对象的数学模型,并对系统中的非线性特性进行了分析,为辨识方法的设计奠定了基础。其次,介绍卡尔曼滤波器原理,基于该原理设计转台模型参数自动辨识方法,结合仿真分析了影响辨识性能的主要因素,给出了提升辨识精度和速度的有效方法,并进行仿真和实际系统试验,验证了辨识方法的有效性。再次,基于辨识得到的模型参数,结合频域校正法,提出了一种自整定控制器设计方法,在控制器中添加自整定环节来适应系统参数的变化,保证系统的稳定和性能。为保证自整定控制器的性能,进一步分析了模型参数误差对系统性能的影响,进而对辨识精度提出了要求。通过仿真实验和实际系统试验验证了自整定控制器的有效性。最后,设计开发被控对象自动辨识和自整定控制器设计实验辅助软件,给出了被控对象自动辨识功能以及自整定控制器参数自整定功能的设计方法和整体流程,并对上述软件功能进行测试,验证所开发软件的有效性和可用性。