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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱俊維
研究生(外文):CHUN-WEI CHIN
論文名稱:船載衛星天線平台定位之順滑控制器設計
論文名稱(外文):Robust Sliding-Mode Control Design of a Ship-Carried Satellite Antenna
指導教授:趙昌博
指導教授(外文):chang-po chao
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:順滑模式船用衛星天線
外文關鍵詞:Satellite AntennaSliding-Mode Control
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本論文之重點在於針對實際的船用衛星天線自動搜索控制系統,設計出一以順滑理論為平台的船用穩定天線控制器(antenna control unit)。而需要這穩定天線控制器的理由是當天線因船隻的搖擺晃動而與前一刻所對準的衛星角度偏移時,天線必須去調整方位角及仰角的角度,以補償船的移動而穩定天線,到達我們所要的指向角度,這是本文研究的目的。論文架構主要為數學方程式的建立,數學方程式包含了船航行於海洋之中受到平擺(yaw)、俯仰(pitch)、搖擺(roll)三個方向作用的方程式(海浪方程式)以及衛星天線動態方程式的推導和建立,並以衛星天線指向角度大小的不同來建立控制法則,其中海浪方程式以齊次變換矩陣(homogeneous transformations)得之,系統之運動關係式以Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立,而衛星天線動態方程式以Lagrange-Euler method推導得之,控制法則以順滑模式來控制(sliding mode control),而最後的模擬結果也證明,此控制器的性能在海浪不規則運動的影響下,仍能穩定追蹤誤差和變化誤差且操控天線去追蹤衛星得到我們所要的角度。
This study is intended to synthesize a control scheme to achieve a fast control of aiming angles of a typical ship-carried satellite antenna. The sliding-mode theory is employed to design an antenna control unit for achieving asymptotical stability of the desired angle. The study is configured to first build a mathematic model, which includes an establishment of wave equations to convert the yaw, pitch and roll angles of the ship to desired azimuth/elevation angles, and also deriving the governing equations of motion for the antenna via Denavit-Hartenberg(D-H) transformation and Lagrange-Euler methods. The control scheme is nest synthesized with an employment of sliding-mode control theory. With equations of motion and desired angular position of the antenna in hand a robust sliding-mode controller is designed next to achieve angular tracking of the antenna azimuth/elevation angles with the hardware implementation by two electrical motors. Simulations on the system dynamic with sliding-mode controller employed are conducted to show the effectiveness of the of controller designed, which indicate that the control scheme proposed is capable of conquering the angular excitations induced by wave and the model uncertainty to attain a favorable control performance.
摘要I
ABSTRACTII
誌謝III
目錄IV
圖目錄VII
表目錄VIII
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3文獻回顧 4
1.3.1天線與船舶控制 4
1.3.2 順滑模態控制 4
1.4本文架構 6
第二章 船舶運動方程式 8
2.1船舶的運動方式 8
2.3天線與船舶受海浪作用的運動動態方程式 8
2.4海浪方程式的假設與模擬結果 13
第三章 天線動態控制系統 16
3.1連桿座標系統描述 16
3.2 DENAVIT-HARTENBERG表示法 17
3.3 LAGRANGE’S EQUATION 18
3.4 LAGRANGE-EULER DYNAMIC MODEL 19
3.5 建立天線動態數學模型 19
3.5.1天線連桿機構架構 19
3.5.2連桿座標系參數設定 20
3.6天線動態方程式實例推導 21
3.6.1系統動能 24
3.6.2連桿相對於基座之質心位置座標 25
3.6.3連桿慣性 27
3.6.4 連桿JACOBIAN矩陣 30
3.6.5系統連桿運動慣性矩陣 31
3.6.6 連桿速度耦合矩陣 33
3.6.7 系統位能所產生之重力項 34
3.6.8天線系統實際之LAGRANGE-EULER動態方程式 35
第四章 順滑控制器設計 37
4.1 順滑控制理論(SLIDING MODE CONTROL) 37
4.2 順滑模態的系統描述 37
4.3順滑模態控制器設計 38
4.3.1 順滑函數的選擇 38
4.3.2 決定控制法則U 39
4.4以順滑控制法則控制天線系統 42
4.5電腦模擬結果與討論 45
第五章結論與未來研究方向 47
5.1結論 47
5.2未來研究方向 47
參考文獻 49
自述 51
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