[發明專利]一種慣性穩定平臺控制系統半物理仿真方法

有效

• 申請號: 201510230921.1
• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN104950690B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 李明;陳明辰;張延順
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種慣性穩定平臺控制系統半物理仿真方法，其特征在于：慣性穩定平臺控制系統由控制器、功率驅動電路、執行機構、受控對象和傳感器組成，其中執行機構為直流力矩電機，受控對象為穩定平臺，在本方法中，控制器、功率驅動電路、電流檢測電路采用實物，直流力矩電機采用感性負載電路進行代替；將動力學模型、穩定平臺的姿態控制律、穩定平臺的轉速和角位置的檢測反饋環節使用相應的數學模型代替；計算機利用RTW實時仿真程序通過串口和數字信號處理器DSP實時地控制功率驅動電路的輸出電壓，同時將功率驅動電路輸出的電流值實時采集反饋至動力學數字模型，從而構成整個半物理仿真系統。

2.根據權利要求1所述的慣性穩定平臺控制系統半物理仿真方法，其特征在于：半物理仿真方法的實物部分包括控制器、功率驅動電路、電流檢測電路和用來模擬直流力矩電機的感性負載電路；控制器選用TI公司的數字信號處理器TMS320F28335型DSP，TMS320F28335為32bit浮點型DSP，其工作主頻達150MHz，有12路PWM輸出，其中6路是高精度PWM波通道，非常適合電機控制；功率驅動電路采用H型雙極模式PWM控制方式對直流力矩電機的電樞電壓進行控制，H型雙極模式PWM功率轉換電路中的開關元件采用功率型場效應管，工作過程中同一組中的兩個開關同時導通、同時截止，兩組開關之間以非常高的頻率交替導通和截止，通過改變一個周期內接通與斷開時間的長短，即改變直流力矩電機電樞上電壓的占空比來改變平均電壓 的大小，從而控制電動機的轉速和方向；電流檢測采用如下方法，在電樞回路中串入一個低溫漂低阻值的專用采樣電阻，將采樣電阻兩端電壓連接到專用的高精度、寬共模范圍、雙向電流分流監視器的輸入端，監視器的輸出經過低通濾波和模數轉換后將電流值傳送到DSP。

3.根據權利要求1所述的慣性穩定平臺控制系統半物理仿真方法，其特征在于：將動力學模型、穩定平臺的姿態控制律、穩定平臺的轉速和角位置的檢測反饋環節使用相應的數學模型代替；基于方框圖建模工具Simulink對慣性穩定平臺動力學模型及慣性穩定平臺工作過程中可能受到的干擾力矩進行建模，并設計控制方法，采用Mathworks公司的RTW(Real-Time Workshop)將Simulink程序自動轉化成實時程序；程序中的串口模塊用于接收實物部分測量得到的功率驅動電路輸出的電流值，由于直流力矩電機的輸出力矩和電樞電流具有良好的線性度，因此將電流值乘以直流力矩電機的力矩系數可以計算出直流力矩電機的輸出力矩，將此力矩代入到如前所述的動力學模型中，可以得到平臺的角位置和角速度，根據每一時刻的電樞電流值、穩定平臺的角速度及角位置、所設計的控制方法得到下一時刻的電樞電壓期望值，將此期望值進行處理后通過串口發送到控制器DSP，由控制器DSP控制功率驅動電路改變電樞電壓。

4.根據權利要求1所述的慣性穩定平臺控制系統半物理仿真方法，其特征在于：在進行半物理仿真時，因為電機所拖動的負載，即慣性穩定平臺的臺體是由數學模型代替，電機并不帶動真實負載，所以如果功率驅動電路直接輸出期望的電壓，電機并不會產生真實的轉速，由直流電機的結構可知，電機轉動會產生與轉速成正比的反電動勢，不真實的轉速會導致不真實的反電動勢，進而導致電機的電壓-電流 關系與實際不符合，為解決這個問題，用電感和電阻相串聯的感性電路來模擬電機，其中所用電感和電阻分別等于直流力矩電機的電樞電感和電樞電阻，將電機的反電動勢系數與數學仿真部分得到的電機轉速相乘計算出反電動勢，計算機通過串口將原本的期望電樞電壓與反電動勢的差值傳送給DSP，即控制功率電路的輸出為原本期望的電樞電壓與反電動勢的差值，這樣能得到接近真實的電機電樞電流。