线振动台控制系统的设计与实现

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对于惯性导航系统来说,其工作过程中通常要承受外界环境带来的振动,致使导航系统产生较大的误差。因此对于惯性仪表的测试,需要提供可以模拟其工作条件的环境。线振动台就是在这种背景下应运而生的一类测试设备,它能够为导航器件提供一个模拟的高加速度动态振动环境,解决高精度惯性仪表的动态测试问题,提升其测试水平与标定精度。通常用于惯性仪表测试的线振动台设备,需要有较高的加速度、精度和幅值稳定度,以及较低的失真度。然而,目前国内相关研究较少,为此本文将以线振动台控制系统的设计与实现作为主要的研究内容。  本文首先进行了线振动台系统的整体方案设计,并根据性能指标要求完成元器件的选型工作。通过公式推导,建立了相应的数学模型,从而为线振动台的控制系统设计提供前提条件。  基于建立好的数学模型,对线振动台控制系统进行控制方案设计。根据从内环到外环的原则,依次设计了电流环、位置环控制器,重点通过位置环控制器的设计,完成了对正弦输入信号的位置跟踪。设计了H∞控制与准PR控制相结合的控制方案,并结合了扰动观测器实现了对力矩干扰的抑制,减小了系统的跟踪误差。通过仿真验证,线振动台控制系统满足性能指标要求,具有良好的跟踪特性。  针对控制系统的工程实现问题,本文以STM32F407作为核心数字控制器,通过对其最小系统及外围电路等进行设计,完成了控制卡的硬件调试。针对数字控制器STM32进行软件编程,实现控制系统的程序设计,完成了控制系统模块功能与控制算法的软件实现。控制系统以PC机为上位机,完成了上位机控制界面的绘制与程序代码编写,实现了对下位机的实时控制与数据分析处理,从而构建了完整的控制系统实验测试平台。利用实验测试平台,进行了控制方法的实现验证与控制系统性能分析,验证了控制方法的有效性。
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