S波段动中通平台伺服系统控制算法研究

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动中通(Satcom On The Move,SOTM),全称为“移动中的卫星地面站通信系统”。动中通系统以同步地球卫星为中转站,通信距离长,覆盖范围大,且能在各种地形情况下使用而受到广泛应用。由于S波段的卫星数量少,在使用跟踪S波段卫星的动中通系统时需要时刻保持对卫星的跟踪。伺服系统作为动中通系统的控制部分,起到有效隔绝外部扰动以及载体本身摆动的作用,使得动中通系统中的天线部分能够隔绝干扰,进而稳定追踪目标卫星。本文以动中通伺服系统为研究对象。通过对伺服系统整体以及各个部分进行数学建模分析,完成对伺服系统控制算法进行设计、优化、仿真。对装置的硬件进行设计选型,最后对部分的伺服系统进行测试。本文首先对动中通系统在追踪卫星时的姿态角进行了分析。分析了在水平状态下为确定某一颗卫星需要的姿态角,然后在此基础上分析了当载体发生摆动的时候,追踪平台为隔离扰动保持追踪卫星所需要做出的角度补偿。然后在控制算法的设计上,本文对伺服系统进行数学建模,采用了从内到外依次是电流环、速度环和位置环的三闭环控制算法。在电流环中采用了id=0的矢量控制。在控制器的选用上选择了自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control,简称ADRC),并且对传统的ADRC控制器进行分析,在原有的基础上进行了一定的优化,用仿真比较了优化后的模块与原来的模块的性能。在参数整定上,在快速参数整定方法的基础上讨论了带宽的影响,引入了粒子群算法(Particle Swarm optimization,简称PSO)辅助参数整定。在速度环和位置环中采用了ADRC控制器,并测试了效果。最后的实物测试中,首先完成了伺服系统整体的仿真实验,验证了伺服系统控制算法的效果。然后对于实物测试进行了器件的选型,包括了装置本身的分析,电机的选择,控制板的设计,供电模块的设计等。通过控制板将仿真中的速度信号转换成控制信号后用来控制电机,并对结果中的误差情况进行了分析。
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