三軸搖擺臺(tái)是集機(jī)械技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等于一體的高性能綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備。作為設(shè)備測(cè)試仿真領(lǐng)域中關(guān)鍵設(shè)備,三軸搖擺臺(tái)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中起到重要作用,其性能直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果的可靠程度。目前,搖擺臺(tái)性能正向著更高的精度、更多功能、更加自動(dòng)化的方向發(fā)展,這就對(duì)其控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文以公司“船載動(dòng)中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)”項(xiàng)目研發(fā)需求為背景,主要設(shè)計(jì)了基于STM32F407ZGT6和無刷直流電機(jī)的三軸搖擺臺(tái)伺服控制系統(tǒng),并對(duì)齒隙的非線性問題進(jìn)行理論分析研究,結(jié)合其特性給出了一種提高搖擺臺(tái)精度的控制策略。該研究工作對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制方法的設(shè)計(jì),以及提高轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的整體性能具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。本文首先結(jié)合三軸搖擺臺(tái)技術(shù)指標(biāo)、各部分的組成及系統(tǒng)的工作原理,設(shè)計(jì)了經(jīng)典的三軸框架結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)單介紹系統(tǒng)控制策略及工程實(shí)現(xiàn)方法。接下來介紹伺服控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn),其中包括主控芯片選型,傳感器使用,無刷直流電機(jī)選型及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等。然后根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性用解析法經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立了系統(tǒng)的模型,在MATLAB軟件上進(jìn)行仿真,進(jìn)一步分析了減速器齒隙的非線性模型。本文以常規(guī)PID控制為基礎(chǔ),采用了角速度誤差負(fù)反饋控制策略,根據(jù)編碼器位置信息實(shí)時(shí)調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速,測(cè)試結(jié)果表明此方法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)功能,但在系統(tǒng)精度和跟隨性能方面還有待提高。本文還提出了采用最優(yōu)控制方法,在系齒隙部分穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)采用常規(guī)PID控制,使系統(tǒng)輸出響應(yīng)跟隨給定目標(biāo)值變化；在齒隙空程階段采取時(shí)間最優(yōu)控制,使減速器輸入軸快速通過齒隙,系統(tǒng)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻進(jìn)行PID控制的切換,由于齒隙較小且變化為非線性,此方法工程實(shí)現(xiàn)有一定難度,目前還未實(shí)現(xiàn)。最后,結(jié)合搖擺臺(tái)上位機(jī)人機(jī)操作界面,實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)之間的通信,從指令發(fā)到搖擺臺(tái)運(yùn)行然后實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài),完成了對(duì)搖擺臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：U665.2

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