機電式高精度快速調平系統(tǒng)控制研究.pdf

1、隨著科技的進步，人們對調平系統(tǒng)的精度和速度要求也是越來越高。機電式調平系統(tǒng)因其固有的自鎖和連續(xù)傳動等特點使其調平精度和調平后的靜態(tài)精度都遠遠高于目前廣泛應用的液壓式調平系統(tǒng)。相對于液壓式調平系統(tǒng)，機電式調平系統(tǒng)的突出缺點就是結構笨重，功率密度低，調平速度相對較慢。所以機電式調平系統(tǒng)的簡便化與快速化便是其研究與發(fā)展的方向。
　　本文主要研究了應用于高精度場合的機電式調平系統(tǒng)，分析了其調平性能和支撐結構。通過研究模糊控制和滑模變結構控

2、制，結合兩種控制方式的優(yōu)點提出了可以應用于機電式調平系統(tǒng)的模糊Bang-Bang控制方法，提高了系統(tǒng)的調平速度，并降低了系統(tǒng)在切換線附近的抖振。最后設計了一套基于STM32的嵌入式控制系統(tǒng)，實現了平臺的快速、穩(wěn)定和高精度調平。本文的研究內容和創(chuàng)新工作概括如下:
　　1.研究了調平系統(tǒng)物理結構，根據系統(tǒng)的性能要求選擇了支腿數量和支撐方式，研究了機電式調平系統(tǒng)中的動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)，并建立了各個系統(tǒng)的數學模型。研究了四點

3、式支撐系統(tǒng)所具有的9種傾斜模式，并給出了各種傾斜模式下支腿間的長度關系。介紹了應用于調平系統(tǒng)的MEMS傾角傳感器及其數據傳送方式。最后結合各個機構和調平系統(tǒng)的傾角模型，建立了整個機電式調平系統(tǒng)的數學模型。
　　2.研究了Bang-Bang變結構控制方法，提出可以應用于機電式調平系統(tǒng)的Bang-Bang控制方法，使系統(tǒng)通過一次切換控制即可到達目標位置，在此過程中電動機一直一最高轉速運轉且無調速過程，提高了系統(tǒng)的運行速度，并從理論上進

4、行了證明。仿真結果表明了該方法的快速性和有效性;研究了模糊控制理論，總結了可以應用于電動機控制的四段式模糊規(guī)則設計方法，Simulink仿真結果表明了該方法的有效性;針對單純的Bang-Bang控制對非固定負荷系統(tǒng)適應性差的缺點，提出了變切換線的控制方法。結合模糊控制的特點提出可以應用于機電式調平系統(tǒng)的模糊Bang-Bang自適應控制算法，系統(tǒng)中的模糊控制器根據負荷的大小動態(tài)的改變切換線系數，降低了系統(tǒng)的抖振，提高了系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力

5、。仿真實驗結果表明該方法能夠明顯的提高系統(tǒng)對變化負載的自適應能力。
　　3.根據系統(tǒng)需求采用STM32F103ZET6芯片設計了可以應用模糊Bang-Bang控制的調平系統(tǒng)控制器，設計過程中充分考慮運行過程中高電壓大電流環(huán)境下系統(tǒng)的抗干擾能力，采用隔離、負壓、阻容吸收、能量控制和合理走線的方式來提高抗干擾能力及系統(tǒng)的穩(wěn)定性;采用μC/OS操作系統(tǒng)設計了系統(tǒng)調度任務和調度方式，提高了單片機對復雜系統(tǒng)的可控性。最后設計了適應于STM3