基于偏置电流寻北仪控制系统一体化设计.doc

国内图书分类号：TP13 国际图书分类号：681.5 工学硕士学位论文 基于偏置电流的寻北仪控制系统 一体化设计  硕 士 研 究 生 :  朱战辉 导 师 : 段广仁教授 申 请 学 位 : 学 科 、 专 业 : 所 在 单 位 : 答 辩 日 期 : 授予学位单位 : 工学硕士 导航、制导与控制 控制理论与制导技术研究中心 2006 年 6 月 哈尔滨工业大学 Classified Index：TP13 U.D.C.: 681.5 Dissertation for the Master Degree in Engineering INTEGRAL DESIGN FOR NORTH FINDER CONTROLLER BASED ON OFFSET CURRENT  Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Specialty:  Zhu Zhan-Hui Prof. Duan Guang-Ren Master of Engineering Navigation, Guidance and Control  Affiliation:  Center for Control Guidance Technology  Theory  and  Date of Defence: Degree-Conferring-Institution:  June, 2006 Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文  摘  要  寻北仪是一种采用惯性工作原理的方位指示仪器。它的工作不受外界复杂 情况的干扰，能在全天候的条件下快速精确的测定北向，在国防和民用领域具 有广阔的应用前景。磁悬浮寻北仪利用磁悬浮轴承理论实现对单自由度陀螺罗 盘框架轴的无摩擦悬浮，可以大大提高寻北仪的响应速度和精度。 本文首先讨论了寻北仪的研究背景和磁悬浮技术的发展历史及国内外研究 现状；探讨了今后的发展趋势以及研究中面临的问题；阐述了磁悬浮寻北仪的 工作原理；介绍了寻北仪的整体机械结构和硬件电路的设计。本文在分析磁悬 浮轴承的工作原理和结构组成的基础上，采用在平衡点线性化的方法，建立了 单自由度磁悬浮轴承的数学模型，进而得到了它的状态方程。 所谓控制系统的“一体化”设计方法，就是将系统控制律的设计与系统的 硬件参数（例如摆杆的长度、滑快的初始位置等）的设计结合在一起的设计方 法。也就是将系统可调的硬件参数作为参变量考虑到控制系统的设计中去，基 于变分法得到同时能使系统性能指标最优的系统硬件参数与最优的控制律。最 后，本文通过对变分法的相关定理作出分析，结合线性二次型性能指标，给出 了一体化设计的一种算法，并将此算法应用于寻北仪系统设计与可调硬件参数 偏置电流的优化与调整中，通过仿真证明了此种方法的有效性。  关键词  寻北仪；磁悬浮轴承；一体化设计；最优控制 -I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract North finder is a kind of autonomous azimuth indicator. It employs the inertial theory and can find true north rapidly and accurately under all weather conditions It has been widely used in both military and civil fields. In this paper, we study the magnetic suspended gyrocompass north finder, that is, magnetic bearings are used to suspend the gimbal axis of the single degree of freedom gyrocompass with zero friction in order to get high degree of north-finding accuracy and increase the orientation speed. After introducing the background of magnetic floating bearings as well as the history and current state of magnetic floating technique ,This dissertation introduces the north-finding system constitu