發(fā)布時間：2017-12-29 03:05

  本文關(guān)鍵詞：高精度主動磁浮尋北系統(tǒng)多目標(biāo)控制與設(shè)計　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：尋北儀是一種自主式的方位指示儀器,它采用慣性原理,工作時不依賴外界信息,能在全天候的條件下快速精確的測定真北方向,在國防領(lǐng)域和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尋北儀的尋北精度很大程度上取決于其采用的陀螺精度。針對單自由度陀螺羅盤尋北系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、尋北快速等特點,但又存在支撐摩擦或懸掛力矩難以消除問題,本文研究并開發(fā)一種高精度磁浮尋北儀,即采用主動磁浮支撐系統(tǒng)將單自由度陀螺框架無接觸的懸浮起來,徹底消除了支撐系的摩擦與力矩干擾,以獲得得到更高的尋北精度,同時提高定向速度。在單自由度陀螺羅盤尋北系統(tǒng)中應(yīng)用主動磁浮控制技術(shù),屬于國內(nèi)首創(chuàng),國際上尚未見到相關(guān)研究報告。同時,由于主動磁浮系統(tǒng)是一個強非線性,分布參數(shù)對象,系統(tǒng)模型難以精確建立,控制器設(shè)計又要求滿足多種性能指標(biāo)約束,本文采用參數(shù)依賴Lyapunov穩(wěn)定理論及線性矩陣不等式方法,研究了不確定系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化理論與多約束下的控制器的設(shè)計與優(yōu)化問題,并在磁浮控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用驗證。本文的主要研究工作如下:首先,在尋北系統(tǒng)研究方面,研究磁浮尋北儀的尋北原理與各種尋北方案,從尋北精度、尋北快速性、可行性、易實現(xiàn)性等多個方面加以考慮,研究并論證了高精度磁浮尋北儀采用單自由度陀螺羅盤尋北方案是實現(xiàn)高精度快速尋北的理想方案,并依此設(shè)計了高精度磁浮尋北儀的機械機構(gòu)。對理想情況下的單自由度陀螺羅盤的運動規(guī)律進(jìn)行研究,繼而給出了誤差分析結(jié)果。考慮到磁浮軸承是一種彈性約束,陀螺羅盤的實際運動會與理想情況下的有所不同。文中給出了電磁軸承約束的單自由度陀螺羅盤尋北儀的結(jié)構(gòu)模型,研究陀螺框架軸在彈性約束下偏離鉛垂方向?qū)�尋北精度及定向時間的影響。其次,在磁浮控制建模方面,分析了磁浮尋北系統(tǒng)的總體機械機構(gòu)與磁浮系統(tǒng)的基本原理,詳細(xì)研究了磁浮軸承的徑向結(jié)構(gòu)設(shè)計與軸向結(jié)構(gòu)設(shè)計,對磁浮軸承進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)建模,包括單自由度模型與五自由度模型。再次,在磁浮控制理論的研究方面,主要進(jìn)行了兩個方面的研究,一是研究了在參數(shù)依賴Lyapunov穩(wěn)定條件及性能準(zhǔn)則條件下的混合H2/H∞狀態(tài)反饋控制問題;二是研究了存在的參數(shù)不確定系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定、抗干擾性能以及能量消耗等多目標(biāo)約束下的控制器的設(shè)計與優(yōu)化問題,包括魯棒保性能最優(yōu)輸出反饋控制器的設(shè)計、四自由度磁浮系統(tǒng)H∞輸出反饋控制器的設(shè)計以及基于動態(tài)補償器的多目標(biāo)魯棒控制器設(shè)計。并給出了相應(yīng)的算例與仿真結(jié)果。最后,在磁浮控制系統(tǒng)實現(xiàn)方面,完成了控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計,開發(fā)了磁浮尋北儀原理樣機的控制柜,設(shè)計完成了位移傳感器的測量與轉(zhuǎn)換電路、DSP數(shù)字控制器、功率放大電路、人機接口電路等關(guān)鍵子系統(tǒng),進(jìn)行了五自由度磁浮系統(tǒng)調(diào)試與分析。實驗和調(diào)試結(jié)果表明所設(shè)計的控制系統(tǒng)滿足磁浮控制的要求,設(shè)計的控制算法可以實現(xiàn)單自由度陀螺框架穩(wěn)定懸浮。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH76

【參考文獻(xiàn)】

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1 汪渤,石永生,宮德晶,高洪民;姿態(tài)穩(wěn)定用雙軸陀螺儀[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2002年03期

2 梁俊宇,陳家斌,謝玲,姜常川;基于B-小波提高尋北儀抗基座擾動的能力[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2003年01期

3 陳家斌，陸愷;靜電陀螺找北儀誤差分析[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);1995年01期

4 閆穎鑫;董宏林;段廣仁;;軸向磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];軸承;2006年07期

5 馬芮;靜電陀螺在方位測量中的應(yīng)用[J];飛航導(dǎo)彈;1998年08期

6 曹陽,丁俊軍,宗鳴;軸向磁懸浮軸承位置檢測方法的研究[J];沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2001年01期

7 董宏林;段廣仁;魏紹義;王科俊;;徑向電磁軸承氣隙磁阻理論計算方法[J];黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報;2006年01期

8 顧啟泰,李本亮,劉學(xué)斌,孫國富;解析式動態(tài)找北儀[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2000年08期

9 張德魁,趙雷,趙鴻賓;電流響應(yīng)速度及力響應(yīng)速度對磁軸承系統(tǒng)性能的影響[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年06期

10 董景新,Ｙｕ．Ｇ．Ｍａｒｔｙｎｅｎｋｏ,Ｃ．Ｅ．Ｇｕｂａｒｅｎｋｏ;靜電陀螺尋北儀的力學(xué)原理[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年08期

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1 秦長濤;吳愛國;段廣仁;;混和H_2/H_∞狀態(tài)反饋控制[A];第二十四屆中國控制會議論文集（上冊）[C];2005年

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本文編號：1348518