课题来源于与中国航天科技集团合作项目,本课题的主要研究内容是高精度的目标模拟器的控制系统设计与调试。导弹导引头性能评估是通过半物理仿真试验完成的。目标模拟器作为试验的核心部分,要求驱动元件准确的跟踪输入参考信号,从而带动装有射频发射器的负载在有效幅面中做几种形式的运动,从而完成对反辐射导弹攻击目标时所跟踪目标的动态模拟。其基本要求是精度高、动态特性好。本文在项目完成的基础上,分别对机械设计、软件系统设计进行了详细的说明,尤其是对软件的设计,不仅使其完成了几种常规的运动,如正弦运动,更令其具有了自由运动的功能,该功能可利用几组简单的数据指令就可以通过与DSP芯片的配合完成任意轨迹的运动。控制系统设计方面,为保证负载运行的平稳性,采用松下电机配置的电机控制器构成速度环,而用自行研制的运动控制卡来控制电机的位置,构成位置环。为达到系统快速性要求和系统大偏差工作的稳定性与可靠性,采用变结构控制器。此外,由于系统中电机转速受到限制,当系统的偏差较大时,系统中控制器的积分环节会使偏差累积,从而使系统的动态特性变差、甚至不稳定,这就是Windup现象中最普遍的一种——积分Windup现象,解决这个问题的根本方法就是设计控制器抑制饱和现象的发生,并且当系统中出现饱和时,可以尽快地退出饱和区。因此,本文介绍了一种最优的Anti-windup理论,并在此理论基础上尝试设计了一款Anti-windup控制器,通过模拟饱和时控制系统的状态仿真了Anti-windup控制器,结果显示了最优Anti-windup控制器的抑制饱和的良好效果并证实了最优Anti-windup理论的最优性。本文讨论的另一个问题是机械谐振。由于该目标模拟器的负载重量和惯量都很大,而电机与负载之间的连接为弹性环节,因此,可能存在机械谐振问题,它是对系统动态特性影响较大的另一个因素。一般情况下,为了工程上实现的方便性,通常都是采用滤波器削弱谐振峰值并加以一定的相位补偿来抑制机械谐振。本文采用滤波器的方法,对谐振进行了很好的抑制。将上述内容应用在所研制的目标模拟器中,解决了提出的问题并得到了很好的验证。