动基座稳定伺服系统的控制研究
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摘要
本论文源于浮空观测系统的运动目标跟踪子系统，该子系统用于动基座条件下对运动目标的稳定跟踪。
动基座稳定伺服系统包括稳定和跟踪两个控制部分，往往需要多套伺服系统配合控制才可满足要求，本论文只使用两套伺服系统就实现了动基座条件下对方位向、高低向两自由度的稳定控制。
本文首先介绍了动基座稳定伺服系统的设计思想和控制原理，提出用跟踪线稳定的方法消除基座运动带来的扰动，实现了动基座问题向静基座问题的转化，然后基于图像处理方法将目标信息转换为跟踪误差，实现对运动目标的稳定跟踪；由于系统属于非线性、时变系统，本文选择参数自整定模糊PID的控制方法，结合两者优点设计参数自整定模糊PID控制器，并利用MATLAB／SIMULINK工具箱进行控制器的仿真；在对稳定伺服系统的调试中，假定目标的运动模型，对阶跃、斜坡、正弦信号输入取得了很好的控制效果。
最后在仿真的基础上，借助图像处理技术，实现对运动目标的稳定跟踪，并给出了实验结果。
This thesis is derived from the moving target tracking sub-system, which is a part ofthe system with floating-observation-platform. The sub-system is designed to trackmoving target steadily in the condition of moving base.
The steady servo system with moving base ineludes tWO parts. One is stabilization,the other is tracking. The system usury can make it with several servo Systems workingtogether. The article carries out the control of azimuth and height steadily just with twopiece of servo system.
The article first introduce the design thinking and control theory of steady servosystem with moving base, pointing out the method which can convert the problem frommoving base to smile base with the tracking-line. Based on the image processing, thetarget information could be converted to tracking error, which carry out the steadytracking. Because of the non-linear and time-changing system, the article choose theillegible PID control method of self-controlling parameter to design the PID controller,and use the toolbox of MATLAB/SIMULINK to simulate experiment. In the debuggingof steady servo system, it can obtain perfect result with suppositional moving modelwhen the input is step, slope or sine wave.
At last, on the basis of simulation, the experiment carried out the steady tracking ofmoving target with the image processing.
动基座稳定伺服系统包括稳定和跟踪两个控制部分，往往需要多套伺服系统配合控制才可满足要求，本论文只使用两套伺服系统就实现了动基座条件下对方位向、高低向两自由度的稳定控制。
本文首先介绍了动基座稳定伺服系统的设计思想和控制原理，提出用跟踪线稳定的方法消除基座运动带来的扰动，实现了动基座问题向静基座问题的转化，然后基于图像处理方法将目标信息转换为跟踪误差，实现对运动目标的稳定跟踪；由于系统属于非线性、时变系统，本文选择参数自整定模糊PID的控制方法，结合两者优点设计参数自整定模糊PID控制器，并利用MATLAB／SIMULINK工具箱进行控制器的仿真；在对稳定伺服系统的调试中，假定目标的运动模型，对阶跃、斜坡、正弦信号输入取得了很好的控制效果。
最后在仿真的基础上，借助图像处理技术，实现对运动目标的稳定跟踪，并给出了实验结果。
This thesis is derived from the moving target tracking sub-system, which is a part ofthe system with floating-observation-platform. The sub-system is designed to trackmoving target steadily in the condition of moving base.
The steady servo system with moving base ineludes tWO parts. One is stabilization,the other is tracking. The system usury can make it with several servo Systems workingtogether. The article carries out the control of azimuth and height steadily just with twopiece of servo system.
The article first introduce the design thinking and control theory of steady servosystem with moving base, pointing out the method which can convert the problem frommoving base to smile base with the tracking-line. Based on the image processing, thetarget information could be converted to tracking error, which carry out the steadytracking. Because of the non-linear and time-changing system, the article choose theillegible PID control method of self-controlling parameter to design the PID controller,and use the toolbox of MATLAB/SIMULINK to simulate experiment. In the debuggingof steady servo system, it can obtain perfect result with suppositional moving modelwhen the input is step, slope or sine wave.
At last, on the basis of simulation, the experiment carried out the steady tracking ofmoving target with the image processing.
引文
1 任永胜．现代防空火控系统的现状及发展方向．火力与指挥控制．2001(3)：35-37
2 袁俊，李静海．巡航导弹发展及其探测方法研究．地面防空武器．2006(4)：13-19
3 杨少宇，秦峰．防空高炮现状与发展趋势分析．四川兵工学报．2003(6)：Vol．24
4 尹建龙．高精度陀螺稳定随动系统研究．哈尔滨工业大学硕士论文．2000
5 徐承忠，执铨，王海燕．数字伺服系统．北京：国防工业出版社，1994
6 杨耕，罗英立．电机与运动控制系统．北京：清华大学出版社，2006
7 阮毅，陈维钧．运动控制系统．北京：清华大学出版社，2006
8 郭治．现代火控理论．第一版．北京：国防工业出版社，1996
9 陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，2003
10 曲娟．微机控制双闭环直流数字调速系统．辽宁大学学报(自然科学版)．2005(1)：76-78
11 朱晓峰．动基座稳定伺服系统控制器的设计与实现．南京理工大学硕士论文．2006
12 廖帅．基于图像处理技术的浮空平台姿态测量系统的设计与实现．南京理工大学硕士论文．2006
13 胡涛．车载卫星天线随动系统的设计与研究．南京工业大学硕士论文．2003
14 黄忠霖．控制系统MATLAB计算及仿真．北京：国防工业出版社，2001
15 周启煌，东升．坦克火力控制系统．第一版．北京：国防工业出版社，1997
16 周宏仁，敬忠良．机动目标跟踪．第一版。北京：国防工业出版社，1991
17 胡寿松．自动控制原理．北京：科学出版社，2001
18 Y. Zhong, A. K. Jain, M. P. Dubuission-Jolly. Object tracking using deformable templates. IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2000 (22): 544-549
19 Wei Guan Yau, Li-Chen Fu, Liu D. Design and implementation of visual servoing system for realistic air target tracking. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2001(1): 229-234
20 杨海峰，李奇，姬伟．高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制．东南大学学报．2004(34)：96-100
21 Bruyant P. P, Gennert M. A, Speckert G. C. A robust visual tracking system for patient motion detection in SPECT: hardware solutions. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 2004(5): 3094-3097
22 Chen h, shen z, liz. New target tracking method for optical/IR Image sequence. Conference Proc Of SPIE. 1997
23 C. Wren, A. Azarbayejani, T. Darrell, and Alex Pentland. Pfinder: Real-time tracking of the human-body. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1997 (19): 780-785
24 张立华，韩绍坤。瞄准线稳定系统的模糊控制．控制工程．200，2(4)：74-75
25 王文清．瞄准线捷联稳定原理及其应用．电脑开发与应用．1998(1)：14-17
26 罗兵，黄国忠．行进间瞄准线稳定技术．中国惯性技术学报．2004(2)：9-12
27 陶永华．新型PID控制及其应用．北京：机械工业出版社，2002
28 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．北京：电子工业出版社，2003
29 Tong H. Lee. Internal Model Control (IMC) Approachfor Designing Disk Drive servo-controller. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ILECTRONICS. 1995 (42): 248-256,
30 N. Coleman, M. Mattile, S. Banks. High Precision Weapon Control System Design. The First IEEE Confrernce on Control Applications. 1992 (1): 726-731,
31 李书臣，胡玉娥，赵检罗．PID参数模糊自适应控制器的设计．仪表技术与传感器．2001(2)：39-41
32 李少远，王景成．智能控制．北京：机械工业出版社，2005
33 张建明．智能控制原理及应用．北京：冶金工业出版社，2003
34 张金焕．PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究与比较．武汉理工大学学报，信息与管理工程版．2005(10)：286-289
35 陈晓冲，王万平．常规PID控制和模糊自适应PID控制仿真研究．机床与液压．2004(12)：65-66
36 胡孟权．超机动飞行非线性动态逆—模糊自适应控制．飞行力学．2001(3)：22-25
37 刘晓玉，方康玲，刘新海．非线性系统的模糊自适应输出反馈控制。微计算机信息(测控自动化)．2006(8)：35-37
38 侯远龙，赵建章．模糊自适应PID控制在高精度电液伺服系统中的应用．火炮发射与控制学报．1997(3)：14-18
39 杨建新，杜永贵．模糊自适应整定PID控制及其仿真．机械工程与自动化．2006(5)：110-112
40 易宏，代冀阳，王文彦．直流调速系统的模糊自适应PID控制器设计．南昌航空工业学院学报(自然科学版)．2006(2)：49-52
41 K. J. Astrom and T. Hagglund. editors, PID control: TheOry, Design and Tuning, Instrument Society of America Press, Research Triahgle Park. NC second edition. 1995
42 S. Daley and K. F. Gill. A design study of a self-organizing fuzzy logic controller. Proc. Institute of Mechanical Engineers. 1986(200): 59-69,
43 S. Daley and K. F. Gill. Comparison of a fuzzy logic controller with PD control law, Trans, ASIDE Journal of Dynamical system, Measurement and Control. 1989(111): 128-137
44 李汉舟，杨世超．基于模糊PID的直流力矩电机转速控制．中国惯性技术学报．2004(6)：79-83
45 施丽婷，黄筱调，洪荣晶．基于模糊理论的数控伺服系统仿真研究．微计算机信息(测控自动化)．2007(3)：231-233
46 党开放，周瑞祥．基于模型参考模糊自适应的电液位置伺服系统鲁棒控制研究．机床与液压．2003(4)：208-210
47 郑黎明，李国平．基于自适应模糊控制器的永磁同步电机直接转矩控制．微电机．2007(3)：26-29
48 金以慧．过程控制．北京：清华大学出版社，1991
2 袁俊，李静海．巡航导弹发展及其探测方法研究．地面防空武器．2006(4)：13-19
3 杨少宇，秦峰．防空高炮现状与发展趋势分析．四川兵工学报．2003(6)：Vol．24
4 尹建龙．高精度陀螺稳定随动系统研究．哈尔滨工业大学硕士论文．2000
5 徐承忠，执铨，王海燕．数字伺服系统．北京：国防工业出版社，1994
6 杨耕，罗英立．电机与运动控制系统．北京：清华大学出版社，2006
7 阮毅，陈维钧．运动控制系统．北京：清华大学出版社，2006
8 郭治．现代火控理论．第一版．北京：国防工业出版社，1996
9 陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，2003
10 曲娟．微机控制双闭环直流数字调速系统．辽宁大学学报(自然科学版)．2005(1)：76-78
11 朱晓峰．动基座稳定伺服系统控制器的设计与实现．南京理工大学硕士论文．2006
12 廖帅．基于图像处理技术的浮空平台姿态测量系统的设计与实现．南京理工大学硕士论文．2006
13 胡涛．车载卫星天线随动系统的设计与研究．南京工业大学硕士论文．2003
14 黄忠霖．控制系统MATLAB计算及仿真．北京：国防工业出版社，2001
15 周启煌，东升．坦克火力控制系统．第一版．北京：国防工业出版社，1997
16 周宏仁，敬忠良．机动目标跟踪．第一版。北京：国防工业出版社，1991
17 胡寿松．自动控制原理．北京：科学出版社，2001
18 Y. Zhong, A. K. Jain, M. P. Dubuission-Jolly. Object tracking using deformable templates. IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2000 (22): 544-549
19 Wei Guan Yau, Li-Chen Fu, Liu D. Design and implementation of visual servoing system for realistic air target tracking. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2001(1): 229-234
20 杨海峰，李奇，姬伟．高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制．东南大学学报．2004(34)：96-100
21 Bruyant P. P, Gennert M. A, Speckert G. C. A robust visual tracking system for patient motion detection in SPECT: hardware solutions. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 2004(5): 3094-3097
22 Chen h, shen z, liz. New target tracking method for optical/IR Image sequence. Conference Proc Of SPIE. 1997
23 C. Wren, A. Azarbayejani, T. Darrell, and Alex Pentland. Pfinder: Real-time tracking of the human-body. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1997 (19): 780-785
24 张立华，韩绍坤。瞄准线稳定系统的模糊控制．控制工程．200，2(4)：74-75
25 王文清．瞄准线捷联稳定原理及其应用．电脑开发与应用．1998(1)：14-17
26 罗兵，黄国忠．行进间瞄准线稳定技术．中国惯性技术学报．2004(2)：9-12
27 陶永华．新型PID控制及其应用．北京：机械工业出版社，2002
28 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．北京：电子工业出版社，2003
29 Tong H. Lee. Internal Model Control (IMC) Approachfor Designing Disk Drive servo-controller. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ILECTRONICS. 1995 (42): 248-256,
30 N. Coleman, M. Mattile, S. Banks. High Precision Weapon Control System Design. The First IEEE Confrernce on Control Applications. 1992 (1): 726-731,
31 李书臣，胡玉娥，赵检罗．PID参数模糊自适应控制器的设计．仪表技术与传感器．2001(2)：39-41
32 李少远，王景成．智能控制．北京：机械工业出版社，2005
33 张建明．智能控制原理及应用．北京：冶金工业出版社，2003
34 张金焕．PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究与比较．武汉理工大学学报，信息与管理工程版．2005(10)：286-289
35 陈晓冲，王万平．常规PID控制和模糊自适应PID控制仿真研究．机床与液压．2004(12)：65-66
36 胡孟权．超机动飞行非线性动态逆—模糊自适应控制．飞行力学．2001(3)：22-25
37 刘晓玉，方康玲，刘新海．非线性系统的模糊自适应输出反馈控制。微计算机信息(测控自动化)．2006(8)：35-37
38 侯远龙，赵建章．模糊自适应PID控制在高精度电液伺服系统中的应用．火炮发射与控制学报．1997(3)：14-18
39 杨建新，杜永贵．模糊自适应整定PID控制及其仿真．机械工程与自动化．2006(5)：110-112
40 易宏，代冀阳，王文彦．直流调速系统的模糊自适应PID控制器设计．南昌航空工业学院学报(自然科学版)．2006(2)：49-52
41 K. J. Astrom and T. Hagglund. editors, PID control: TheOry, Design and Tuning, Instrument Society of America Press, Research Triahgle Park. NC second edition. 1995
42 S. Daley and K. F. Gill. A design study of a self-organizing fuzzy logic controller. Proc. Institute of Mechanical Engineers. 1986(200): 59-69,
43 S. Daley and K. F. Gill. Comparison of a fuzzy logic controller with PD control law, Trans, ASIDE Journal of Dynamical system, Measurement and Control. 1989(111): 128-137
44 李汉舟，杨世超．基于模糊PID的直流力矩电机转速控制．中国惯性技术学报．2004(6)：79-83
45 施丽婷，黄筱调，洪荣晶．基于模糊理论的数控伺服系统仿真研究．微计算机信息(测控自动化)．2007(3)：231-233
46 党开放，周瑞祥．基于模型参考模糊自适应的电液位置伺服系统鲁棒控制研究．机床与液压．2003(4)：208-210
47 郑黎明，李国平．基于自适应模糊控制器的永磁同步电机直接转矩控制．微电机．2007(3)：26-29
48 金以慧．过程控制．北京：清华大学出版社，1991