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基于RTX的三轴转台控制系统研究
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摘要
随着航天、航空工业技术的高速发展,对惯性元件的精度要求不断提高;同样,作为测试惯性元件重要设备之一的三轴转台来说,它的性能直接关系到惯性元件仿真和测试实验的可靠性和置信度,对其性能指标的要求也越来越高,因此,三轴转台控制系统的研究对航天、航空工业和国防建设的发展具有重要的意义。
     本文以三轴转台为背景,根据转台系统的具体要求和总体方案,着重讨论了转台控制器的设计和实时控制软件的开发,实现了基于RTX的转台控制系统软件研究。本文主要进行了以下几个方面工作:
     首先,通过对转台控制系统功能和工作原理的分析,确定系统的总体设计结构。硬件方面,采用数据采集卡、D/A转换卡和工控机等搭建的系统驱动平台;软件方面,确定系统软件体系结构和框架模型,采用“Windows+RTX”为系统运行平台。
     接着,文章根据三轴转台实际运动过程,通过理论分析推导出三轴转台系统被控对象的微分方程,作为设计和调试三轴转台控制系统的基础;针对三轴转台系统在运行过程中的耦合性及非线性特点,使用逆系统法对转台系统模型进行解耦,同时设计转台系统BP神经网络PID控制器。
     最后,根据转台控制系统要求,采用“Windows+RTX”综合软件平台,开发转台控制系统实时软件,满足控制系统的实时性要求,解决了实时控制软件在Windows操作系统下难以运行的问题。
With the development of the aerospace and aviation industry, the precision of inertia component must be improved. As one of the most important devices to test inertia components, the performance of three-axis turntable directly relates to the reliability and confidence level of simulation and test. Consequently, its performance index is being demanded increasingly. Further, the research on the control system of three-axis turntable is important to the development of aerospace and aviation industry and national defense.
     According to the specific requirements of the turntable system, this research mainly focuses on the design of three-axis turntable controller and the development of real-time control software. The research of the turntable control system based on RTX is achieved. Following are the main works and the result of the thesis:
     Firstly, according to the analysis of the turntable control system's functions and principle, the overall structure of the turntable system is worked out. In terms of hardware, platform-driven system is established by the data acquisition card, D/A conversion card and industrial control system; In terms of software, the system software's architecture and framework model are determined. "Windows + RTX" to the software platform of the control system is used.
     Secondly, on the basis of dynamic process, differential equations of three-axis turntable are derived by theoretical analysis. These are the base of designing and testing three-axis control system. For the coupling and non-linear characteristics of the three-axis turntable system in the operation process, the inverse system method is used to decouple the system model and the system controller is designed by BP neural network PID.
     Finally, according to the requirements of the turntable control system, by analyzing the structure of the software system modules and work flow, the specific structure of the software system is constructed. Using " Windows + RTX" integrated software platform, the real-time software for the control system is exploited. It fulfils the requirements of real-time for the control system, and solves the problem that the real-time software is difficult to run under the Windows operation system.
引文
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