大射电望远镜高精度指向控制滞后补偿方法研究

论文摘要

大口径、高频段是当今射电望远镜的发展趋势。随着天线口径的不断增大,其结构固有频率变低、阻尼变小导致伺服带宽变窄,同时高频段对系统指向精度又提出了更高的要求。此外,大口径天线在受到外部环境干扰如阵风等因素时,产生的不利影响也会加剧,这些不利因素导致对天线系统的跟踪控制难度变大。与此同时在俯仰运动过程中摩擦力矩、未建模几何非线性动力特性以及大惯量,使得系统产生输出滞后效应,这将进一步使系统跟踪精度降低、末端振动量增大甚至导致系统不稳定。因此,高精度指向控制问题已成为工程实现的关键难题。本文以大射电望远镜为研究对象,针对系统的快速性和平稳性之间的矛盾关系,在双环复合控制方案的基础上,提出了一种帕累托前沿优化的方法,它能够对内环鲁棒控制器和外环PID控制器的参数进行优化,从而达到寻找合适控制器参数的目的。该方法主要是针对上升时间和末端振动量的矛盾。大射电望远镜系统中存在大惯量、间隙、摩擦以及扰动,这些因素会使系统产生滞后效应。滞后的存在使得系统控制性能变差,如果滞后时间过大甚至会引起系统振荡乃至不稳定。本文主要是根据滞后时间和模型设计Smith预估器进行补偿,该方法的原理是将滞后环节移动到闭环系统之外,从而提高系统动态性能。但是在大射电望远镜实际工作过程中,滞后时间通常不固定,辨识出来的结果并不准确,而且Smith预估器法存在着严重的模型失配问题。故此,将时间滞后等效成扰动,提出了一种自构架模糊网络法对其进行在线估计,将自构架模糊的输出作为补偿加进控制系统中。通过仿真验证了该方法的合理性和适用性。最后将大口径射电望远镜等效为三惯量系统,利用柔性尺对大天线的结构柔性进行模拟,搭建了相应的实验平台,并且在平台上分别做了双环复合控制器参数优化和自构架模糊前馈补偿器补偿滞后的实验,在做自构架模糊前馈补偿器实验时为了将算法与硬件接口连接起来,使用了C MEX S函数。实验结果和仿真保持一致,系统在达到控制精度的同时对振动也进行了有效抑制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 论文研究背景
•   1.2 大射电望远镜高精度指向控制研究现状
•     1.2.1 国内外大射电望远镜现状
•     1.2.2 大射电望远镜伺服控制系统
•     1.2.3 大射电望远镜伺服控制方法研究现状
•   1.3 国内外滞后补偿方法研究现状
•   1.4 本文主要内容
• 第二章 双环复合控制器参数确定
•   2.1 双环复合控制器参数稳定域研究
•     2.1.1 双环复合控制器方案
•     2.1.2 内环控制器参数稳定域确定
•     2.1.3 外环控制器参数稳定域确定
•   2.2 帕累托前沿及仿真分析
•     2.2.1 建立目标函数
•     2.2.2 上升时间和振动量的优化
•     2.2.3 仿真分析
•   2.3 本章小结
• 第三章 Smith预估器法补偿滞后
•   3.1 等效扰动概念
•   3.2 基于不变时滞的Smith预估器补偿方法
•   3.3 仿真验证及分析
•     3.3.1 仿真建模
•     3.3.2 仿真结果分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 自构架模糊法补偿滞后
•   4.1 T-S型自构架模糊系统
•   4.2 控制器的设计与仿真
•   4.3 本章小结
• 第五章 半实物仿真实验
•   5.1 实验设备简介和运行过程
•     5.1.1 实验设备简介
•     5.1.2 实验平台硬件组成
•     5.1.3 实验平台运行过程
•   5.2 C MEX S函数
•   5.3 半实物系统双环复合控制器参数实验
•   5.4 半实物系统自构架模糊控制实验
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 章丹丹

导师: 保宏

关键词: 大口径射电望远镜,时间滞后,帕累托前沿优化,预估器,自构架模糊网络

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 天文学,仪器仪表工业

单位: 西安电子科技大学

分类号: TH751

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002632

总页数: 82

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