电动三轴仿真转台控制系统研究

三轴仿真转台是具有重要国防战略意义和经济价值的半实物仿真设备， 其性能的优劣直接关系到仿真结果的逼真度。随着航天航空工业和国防建设 的不断发展，对仿真转台的性能要求不断提高。在此背景下，本文对三轴仿 真转台位置控制系统进行了研究，该研究工作对于提高转台伺服系统的控制 精度和动态性能具有十分重要的现实意义。 随着电力电子技术的不断进步，使得无刷直流力矩电机的控制技术有了 显著提高，并且在许多高性能伺服控制场合得到广泛的应用，从而为研制三 轴仿真转台提供了技术上的可行性。据此，本文提出了采用无刷直流力矩电 机驱动的方案，并对电动三轴仿真转台系统的进行了相关研究。 通过对三轴仿真转台系统技术要求进行分析，完成三轴仿真转台控制系 统总体设计。根据无刷直流力矩电机的驱动特点，确定了多闭环控制系统结 构，并完成了控制系统的元器件设计。 本文根据控制系统各元件的数学模型，建立了三轴仿真转台位置控制系 统的数学模型，为深入分析转台控制系统性能奠定了基础。通过对电流环、 速度环和位置环调节器的参数设计，研究了PID控制策略。在数学模型的 基础上，分析了位置控制系统的稳定性，详细探讨了系统的稳态误差和静态 误差对位置控制精度的影响。 论文在数字PID控制方案的基础上，引入微分前馈和干扰补偿结构形成 复合控制系统。充分利用反馈和前馈的优势，对转台位置控制系统进行仿真 研究。基于不变性原理分析了前馈调节器，并给出调节器的工程设计准则， 为三轴仿真转台控制系统设计提供了的理论依据。 在理论分析和仿真的基础上，对位置控制系统进行了测试。通过测试验 证了控制系统设计的可行性，测试结果表明：本文设计的三轴仿真转台系统 满足了设计指标要求，从而证明了所设计的控制系统是有效和实用的。