单轴高精度转台控制系统设计

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转台作为一种高精尖的光机电一体化设备,在飞行器设计实验、雷达伺服控制系统、兵器系统设计和量子通信领域具有重要作用。针对高精度转台的研究工作对于国防军工和经济民生事业的发展具有重要的意义和应用价值。本文讨论了转台研究的背景和意义,结合当前国内外转台发展的现状,介绍了当前国内外学者提出的各种高精度转台控制方法。结合转台的控制要求,本文采用模块化的设计方法对转台控制系统进行了硬件电路的具体设计和改进,并编写了转台控制系统的软件部分,通过实验实现了转台控制。本文对转台硬件电路部分的设计和改进主要包括,确立了单轴转台驱动部分选用直流无刷力矩电机,确定测角部分选用19位的绝对是光电编码器,选用STM32F103处理器作为控制电路板的核心,搭配相应的最小系统电路和外围接口电路,实现与上位机控制界面的通信,和反馈原件绝对式光电编码器的通信,通过数模转换元件,将经由控制算法得出的数字量转换为驱动电机运转的模拟量完成对转台的控制。软件部分主要包括通过VC++6.0编写了上位机控制界面,进行指令下发和数据图像的显示,下位机程序是通过Keil uVision5软件作为开发平台,选择广泛应用于单片机编程的C-51语言为编程语言,进行了控制算法程序的设计,完成了对转台的控制。本文讨论和介绍了传统PID控制器和模糊PID两种控制方法的基本原理,并根据两种算法具体的控制器设计方法,设计出了应用于转台系统的PID和模糊PID控制器。通过MATALB仿真工具测试了PID控制和模糊PID控制对于转台不带负载,增加负载,施加干扰信号,跟踪正弦曲线,施加波动力矩等情况下的控制情况,通过仿真结果表明了PID控制和模糊PID控制对于阶跃信号有良好的跟踪能力,对于输入的1HZ、5HZ、10HZ的正弦信号基本上能实现较好的跟踪,幅值衰减和相位之后都较小。最后,将传统的PID控制和模糊PID控制应用于转台的实物控制,通过实物的控制效果表明,无论是PID控制还是模糊PID控制位置精度都在10?之内,跟踪10HZ正弦信号时,幅度衰减和相位滞后都在10%的控制要求之内。模糊PID控制算法,响应更快,速度误差在1%之内,动态性能更好,稳态误差也更小,控制性能更加优良。
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