Research on the Servo Control of 3-Axis Motion Simulator and the Synthesis System in Hardware-in-loop Simulation for Seekers

本文以成像导引头半实物仿真测试实验室的建设项目为背景，围绕着该项目，本文主要研究了三轴仿真转台伺服系统的控制方法以及成像导引头半实物仿真综合测试评价系统的开发。 本文首先介绍了三轴仿真转台伺服控制系统的组成，并对三轴仿真转台无刷直流力矩电机系统进行分析，建立了无刷直流力矩电机的机理模型。针对仿真转台伺服系统所要求的高频响、高精度的特点，并考虑到实际应用的需要和工程上的可实现性，基于古典频域设计理论，在传统的串联校正的基础上，引入前馈结构形成复合控制系统，析了系统的补偿原理和稳定性，并给出了控制器的设计原则。实验结果表明：用复合控制方法能在不影响系统闭环稳定性的前提下，有效提高系统带宽和动态响应精度。 针对仿真转台存在的较大摩擦力矩，本文设计了三种不同结构的滑模观测器对系统中存在的干扰和状态变量进行观测，并将观测值反馈到滑模控制器中进行摩擦补偿，形成了滑模干扰观测器与滑模控制器结合的摩擦补偿控制算法。与传统的滑模控制器相比具有无需知道干扰上界及切换项增益小的优点。针对含有较大摩擦力矩的转台系统模型进行仿真实验，结果表明该算法能有效地抑制摩擦，提高控制精度。 本文开发了成像导引头半实物仿真系统中综合测试评价系统软件。介绍了系统中的关键技术，如各分系统通讯和同步等问题。详细讨论了基于局域网的网络编程技术，测试数据的处理算法等。目前该系统已经对某型导引头进行了性能测试，实验结果显示了软件的可行性和实用性