冗余控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隨著軍事技術(shù)的進步以及戰(zhàn)爭模式的變化，對武器系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，其中系統(tǒng)控制器部分的性能是影響武器可靠性的主要因素。為了提高火炮的性能，本文以火炮交流伺服系統(tǒng)為工程背景下，對炮控系統(tǒng)進行了研究。針對炮控系統(tǒng)工作環(huán)境對交流伺服系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和可靠性要求，單一的控制系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足要求，采用了雙CPU的軟硬件冗余控制的方案，滿足炮控交流伺服系統(tǒng)在強干擾等情況下的調(diào)炮可靠性要求，具有一定的實際應(yīng)用價值。
　　本論文主

2、要研究工作包含以下幾個方面:
　　首先，對冗余控制技術(shù)的工作原理和組成方式進行詳細(xì)的研究分析，比較幾種冗余實現(xiàn)方式，分析其優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)，對雙CPU冗余實現(xiàn)方式進行研究分析，確定采用“熱備份”冗余實現(xiàn)方式，并搭建其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。然后進一步對冗余實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，包括時鐘同步技術(shù)、信息同步技術(shù)、故障檢測及冗余切換技術(shù)。
　　使用STM32F107VCT6作為控制器芯片，設(shè)計兩套硬件電路，形成雙CPU的硬件冗余方案。主系統(tǒng)和

3、備用系統(tǒng)間通過CAN進行通信，運用解析式的故障檢測方法對主系統(tǒng)和備用系統(tǒng)的輸出進行實時比較，設(shè)定門限誤差值，超過門限誤差時，自動進行系統(tǒng)的熱切換，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠。
　　然后，根據(jù)火炮交流伺服系統(tǒng)時變非線性特點，分別設(shè)計了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法和基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對PID的三個控制參數(shù)Kp、Ki、Kd進行調(diào)節(jié)，以改善控制效果。通過MATLAB仿真分析，得出基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法

4、具有更好的控制效果。為了保證了輸出信號的一致，主系統(tǒng)和備用系統(tǒng)都采用該控制算法。
　　最后，對冗余控制軟件進行設(shè)計，主要有主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、CPU同步模塊、故障檢測模塊、冗余切換模塊。通過交流伺服系統(tǒng)的半實物平臺實驗，模擬故障情形，檢測兩個CPU模塊實時的輸出控制電壓值。發(fā)現(xiàn)當(dāng)主CPU模塊故障時，輸出值突變，從CPU模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測到，并將輸出控制值切換到備用數(shù)值，繼續(xù)控制系統(tǒng)的正常工作。保證了系統(tǒng)在主模塊故障時，系統(tǒng)的可