本文關(guān)鍵詞：地球同步軌道有效載荷視軸補(bǔ)償技術(shù)研究

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【摘要】：隨著靜止軌道氣象衛(wèi)星技術(shù)逐漸朝著高時(shí)間分辨率、高空間分辨率以及高光譜分辨率等方向的發(fā)展,三軸穩(wěn)定平臺(tái)逐漸取代自旋穩(wěn)定平臺(tái)而成為未來(lái)靜止軌道氣象衛(wèi)星的主流選擇。三軸穩(wěn)定衛(wèi)星有著自旋穩(wěn)定衛(wèi)星無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),但是受到平臺(tái)特性限制,其姿態(tài)很容易不穩(wěn)定。為了獲取高質(zhì)量的遙感圖像,不僅需要衛(wèi)星平臺(tái)具有更高指向精度和更高穩(wěn)定度的姿態(tài)控制系統(tǒng),還必須進(jìn)行更加嚴(yán)格的圖像定位與配準(zhǔn)(Image Navigation and Registration,INR)工作。INR系統(tǒng)要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是消除或減小空間各種干擾因素對(duì)有效載荷視軸的影響,保證載荷視軸的準(zhǔn)確指向。INR系統(tǒng)有眾多補(bǔ)償方案,其中最為有效的方案就是利用載荷上高帶寬的掃描鏡伺服系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。本文立足于FY-4氣象衛(wèi)星的載荷視軸補(bǔ)償需求,重點(diǎn)研究補(bǔ)償系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié)——高帶寬高精度掃描鏡伺服控制系統(tǒng),開(kāi)展相關(guān)研究工作。論文首先分析了三軸穩(wěn)定衛(wèi)星視軸補(bǔ)償?shù)男枨?通過(guò)對(duì)補(bǔ)償量特性的分析,確定了伺服補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),進(jìn)而在此指導(dǎo)下完成電機(jī)、角位置傳感器等關(guān)鍵元部件的選型,初步確定了伺服補(bǔ)償控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于伺服控制系統(tǒng)性能的分析已經(jīng)有大量研究,但目前大多數(shù)理論研究都集中于連續(xù)域的離線模型,研究成果與實(shí)際的數(shù)字式控制系統(tǒng)相差較大,無(wú)法建立模型與實(shí)際系統(tǒng)之間較為準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。針對(duì)這一問(wèn)題,論文在總結(jié)吸收前人工作成果的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地提出基于“連續(xù)-離散”混合式永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服控制模型的設(shè)計(jì)方法,并利用此模型對(duì)系統(tǒng)的帶寬、穩(wěn)定性、抗干擾能力等多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。另外,在我所首次使用半實(shí)物仿真技術(shù)建立實(shí)時(shí)在線模型,完成從離線模型到實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)全鏈路的設(shè)計(jì)與一致性驗(yàn)證,極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程,降低了設(shè)計(jì)難度,使得離線模型真實(shí)反映實(shí)際系統(tǒng)的特性成為現(xiàn)實(shí)。最后,在理論分析的基礎(chǔ)上,完成了基于半實(shí)物仿真技術(shù)的視軸補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并在該系統(tǒng)中完成了伺服控制系統(tǒng)模型的驗(yàn)證與視軸補(bǔ)償相關(guān)實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了系統(tǒng)方案的有效性以及離線模型與實(shí)際系統(tǒng)的一致性。視軸補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了掃描鏡跟蹤補(bǔ)償量指令的能力以及補(bǔ)償方案的有效性。
【關(guān)鍵詞】：載荷視軸補(bǔ)償 掃描鏡 永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) “連續(xù)-離散”混合模型 半實(shí)物仿真
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 課題研究背景13-20
• 1.1.1 GEO氣象衛(wèi)星總體發(fā)展趨勢(shì)13-15
• 1.1.2 GEO氣象衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)15
• 1.1.3 各國(guó)GEO氣象衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀15-20
• 1.2 有效載荷視軸補(bǔ)償技術(shù)的研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.1 載荷視軸補(bǔ)償問(wèn)題的引出20-23
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展23-25
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容25-29
• 1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容25-26
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排26-29
• 2 三軸穩(wěn)定衛(wèi)星視軸補(bǔ)償技術(shù)分析29-53
• 2.1 各坐標(biāo)系的定義及相互轉(zhuǎn)換關(guān)系29-36
• 2.1.1 坐標(biāo)系的建立29-31
• 2.1.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系31-36
• 2.2 星體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型36-37
• 2.2.1 星體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程36
• 2.2.2 星體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程36-37
• 2.3 掃描鏡耦合運(yùn)動(dòng)干擾分析37-38
• 2.4 視軸補(bǔ)償量需求分析38-44
• 2.5 伺服補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析44-51
• 2.5.1 電機(jī)選型分析44-46
• 2.5.2 角位置傳感器選型分析46-47
• 2.5.3 控制器選型分析47-51
• 2.6 本章小結(jié)51-53
• 3 伺服補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析53-117
• 3.1 PMSM相關(guān)的數(shù)學(xué)原理53-67
• 3.1.1 PMSM中的坐標(biāo)系53-55
• 3.1.2 空間矢量55-56
• 3.1.3 PMSM中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換56-66
• 3.1.4 PMSM狀態(tài)方程66-67
• 3.2 伺服補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)67-74
• 3.2.1 電流環(huán)設(shè)計(jì)67-69
• 3.2.2 速度環(huán)設(shè)計(jì)69-71
• 3.2.3 位置環(huán)設(shè)計(jì)71-74
• 3.3 伺服補(bǔ)償系統(tǒng)性能仿真分析74-109
• 3.3.1 基本環(huán)節(jié)離散化76-79
• 3.3.2 電機(jī)模型離散化79-83
• 3.3.3 PID控制器離散化83-87
• 3.3.4 電流環(huán)性能仿真分析87-95
• 3.3.5 速度環(huán)性能仿真分析95-103
• 3.3.6 位置環(huán)性能仿真分析103-109
• 3.4 若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的仿真分析109-114
• 3.4.1 模型等效性仿真分析110-111
• 3.4.2 控制周期對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析111-114
• 3.5 本章小結(jié)114-117
• 4 伺服補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)117-147
• 4.1 伺服控制系統(tǒng)組成117-118
• 4.2 半實(shí)物仿真技術(shù)118-121
• 4.2.1 半實(shí)物仿真的定義118-119
• 4.2.2 半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成119
• 4.2.3 基于半實(shí)物仿真的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法119-121
• 4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)121-131
• 4.3.1 功率驅(qū)動(dòng)部分121-125
• 4.3.2 電流采樣部分125-127
• 4.3.3 電流采樣設(shè)計(jì)分析127-129
• 4.3.4 位置反饋部分129-131
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)131-146
• 4.4.1 基于半實(shí)物仿真模型的程序流程131-133
• 4.4.2 RTD模塊133-135
• 4.4.3 系統(tǒng)軟件模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程135-142
• 4.4.4 速度計(jì)算誤差分析142-146
• 4.5 本章小結(jié)146-147
• 5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析147-159
• 5.1 控制方案驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)147-151
• 5.1.1 電流環(huán)實(shí)驗(yàn)與分析147-149
• 5.1.2 速度環(huán)實(shí)驗(yàn)與分析149-150
• 5.1.3 位置環(huán)實(shí)驗(yàn)與分析150-151
• 5.2 視軸補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)151-158
• 5.2.1 INR模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)152-153
• 5.2.2 兩維掃描鏡跟蹤特性153-156
• 5.2.3 成像驗(yàn)證156-158
• 5.3 本章小結(jié)158-159
• 6 總結(jié)及展望159-161
• 6.1 總結(jié)159
• 6.2 展望159-161
• 參考文獻(xiàn)161-167
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果167

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：665431