基于MRAC理论的FAST节点控制系统的建模与仿真研究

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FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)是中国天文界提出的最灵敏、国际上最大的球面射电望远镜,在天文界具有重大的科学意义。而FAST节点的位移控制研究是实现FAST主动反射面整网变形控制策略与自适应建模研究项目的基础工作和核心技术之一。在这样的项目研究背景下,对FAST节点位移的控制研究无论在工业控制领域还是FAST项目的设计及施行方面,均具有重要的理论和实践价值。  本论文采用模型参考自适应控制(MRAC)理论设计了FAST节点控制系统,解决了FAST节点位移精度低、稳定性差、抗过程参数以及抗干扰差等缺点。首先,对自适应控制理论进行了归纳总结,并重点对模型参考自适应控制(MRAC)系统结构与算法设计进行了学习与研究。其次,对FAST主动反射面系统结构和主动反射面的变形策略进行分析,重点对FAST主动反射面系统、控制原理和影响变位准确性的因素进行了剖析;同时分析了节点的位移控制系统以及网络拓扑,通过对节点位置伺服系统的结构分析,推导了FAST节点控制系统的数学模型,这为后面的MRAC建模提供了理论数学模型。最后进行基于MRAC理论的FAST节点控制系统设计及仿真。根据控制器的设计方法选用基于Nareudra误差模型进行自适应控制器的设计,包括自适应控制器的结构设计、参考模型的选取和自适应律的推导。运用Simulink仿真工具进行了控制系统模型的仿真,并对仿真结果进行了分析,结果说明了基于MRAC理论的FAST节点控制系统的可行性和有效性。本文的技术关键是模型参考自适应理论的应用和被控对象数学模型的建立。本文的创新点是首次采用MRAC理论对FAST节点的位移进行控制,解决了FAST节点位移控制速度慢、不稳定和精度低的问题。  本文进行了基于MRAC理论的FAST节点控制系统的设计和仿真,通过天文台密云缩比模型提供的数据进行了仿真,仿真结果证明了该控制系统的可行性和有效性,这将对FAST主动反射面控制研究产生重要的现实意义。
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