基于三轴自主跟踪平台的研究与实现_硕士学位论文.doc

学 位 论 文基于三轴自主跟踪平台的研究与实现——系统控制算法与软件设计申请学位级别 硕士 专业名称 控制理论与控制工程 学位授予单位和日期 南 京 理 工 大 学 答辩委员会主席 评阅人 声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明研究生签名： 年 月 日 学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理研究生签名： 年 月 日硕士论文 基于三轴自主跟踪平台的研究与实现I摘 要移动卫星通信系统(“动中通”系统)可以满足载体在任何时间、任何地点、任何情况下通信的需求，基于三轴自主跟踪平台的设计是“动中通”系统的核心技术，其可以隔离载体在运动过程中的扰动，保持天线稳定跟踪卫星信号。

本论文针对应用于海上舰船的“动中通”系统，进行了以下研究工作：1. 提出三轴自主跟踪平台的总体设计方案，包括机械结构设计、系统组成、所用器件选型等；2. 针对陀螺的噪声信号，在频域上应用了椭圆滤波器的滤波处理方法，在时域上应用了递推最小二乘多项式拟合的处理方法，并对陀螺的静态与动态输出进行仿真计算，通过分析比较，将递推最小二乘多项式拟合的算法应用到实际系统中，并给出了实际系统的陀螺信号处理结果3. 分析了本系统的三轴结构及三轴跟踪机理，提出了方位、俯仰闭环控制结构，横滚前馈补偿的控制策略；针对方位系统，分别设计了智能分区 PID 控制、滑模变结构控制方法，并进行了仿真验证；4. 采用模块化思想，完成了系统软件设计，主要包括初始对星模块、稳定跟踪模块、监控模块，给出了各个部分的软件实现方法、软件流程图；5. 对系统进行软硬件联调，通过三轴运动模拟器模拟船只在海上航行的扰动，对比研究不同控制策略下的控制效果，实际结果表明方位-俯仰闭环、横滚前馈补偿的控制策略，以及方位采用智能分区 PID 的控制方法效果较好，基本实现本系统提出的设计指标；最后总结了本文的研究成果和不足之处，并对三轴自主跟踪平台的研究工作进行了展望。

关键词：三轴结构，初始对星，稳定跟踪，智能 PID 控制，滑模变结构控制 Abstract 硕士论文IIAbstractMobile satellite communication system can meet the needs of carriers' communication under any circumstances. The design of the platform based on three-axis self-determination tracking system is the core technology of mobile satellite communication. It could isolate the interrupts brought by the carriers, and keep the antenna in alignment with the satellite. This paper includes some research work as follows:1. The control design proposal is given aiming at the marine mobile satellite communication, including the mechanical structure design, and the choose of devices and system composition.2. By analyzing the feature of the gyroscopes' signal, elliptic filtering method and recursive least squares polynomial fitting method are proposed and used to the system including the static and dynamic circumstances. The result of simulation confirm that the recursive least squares polynomial fitting method is more suitable to the platform.3. To solve the three-axis tracing control method problem in the platform, several control tactics are presented. Through analyzing the different tactics, the method of azimuth -elevation axis closed loop and cross level axis feedforward compensation is used to the system. Focusing on the azimuth system, the intelligent partition PID control method and the sliding mode control method is adopted to control it. Besides, the simulation result is given.4. The software of the whole system is designed, which includes system's initialization module, stabilization tracking module and the monitoring module. Also, the method of how to realize them is proposed.5. The platform works well under the disturbances, which is supplied by the three-axis motion simulator. The error curves conform the advantages and shortcomings of the different control strategies.Finally, the research results are summarized, and future research is given. Key words: three-axis structure，alignment with star，stabilizing tracking，intelligent PID control method，sliding mode control method硕士论文 基于三轴自主跟踪平台的研究与实现III目 录摘 要 ...............................................................................................................IAbstract...............................................................................................................II1 绪论 ...................................................................................................................11.1 研究背景.......................................................................................................................11.1.1 国外研究现状 .....................................................................................................11.1.2 国内研究现状 .....................................................................................................31.1.3 移动卫星通信系统分类 .....................................................................................31.2 稳定平台技术的发展...................................................................................................41.2.1 稳定平台的分类 .................................................................................................41.2.2 稳定平台伺服控制技术 .....................................................................................51.3 陀螺信号处理...............................................................................................................51.4 本论文研究内容与章节安排.......................................................................................61.4.1 论文的主要研究内容 .........................................................................................61.4.2 论文的章节安排 .............................................。