导电环测试分析及跑合控制系统的设计与实现

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导电环测试分析及跑合控制系统是一个典型的面向空间机构零件的地面测控设备,主要用于模拟空间导电环运行时的环境,检测导电环长时间运行状态下各项指标的变化情况,达到分析导电环性能与寿命的目的。本课题的主要目标就是设计与实现导电环测试分析及跑合控制系统。本文首先简要阐述了研究背景及国内外研究现状。接着从系统的总体设计着手,确定了系统的组成结构和整体框架,对功能需求与性能需求进行详细分析。又从系统的硬件设计与实现着手,说明系统的硬件模块组成定义以及系统的接口设计,论述了在硬件的可靠性、安全性、电磁兼容性等方面采取的保障措施。然后对系统实现上的两个关键问题系统控制算法以及NTC热敏电阻的R-T曲线拟合方法进行了深入的研究。在系统的跑合控制算法研究中,由于特种设备用导电环的特殊性,要求系统在控制方面具有高精度、高稳定性、宽速度范围、高实时性、高抗干扰性等特性,常规PID控制算法不能满足本系统的要求,因此本文针对系统的控制特点对传统PID控制算法进行改进,并结合速度前馈-反馈和加速度前馈-反馈控制,提出了速度前馈加速度前馈PID伺服控制算法,经过仿真实验证明该算法具有良好的位置跟踪精度、反应速度以及抗干扰能力。在NTC热敏电阻的R-T曲线拟合问题中,针对常规拟合算法在宽温度范围内拟合精度不高的问题,提出了分段切比雪夫多项式拟合的算法,该算法将整个测量范围分为多段并对每段进行切比雪夫多项式拟合,实验证明该算法具有很好的拟合精度,满足了系统测温精度要求。然后对系统的嵌入式计算机软件的设计与实现进行了详细的描述,系统软件在设计上基于模块化思想,各模块功能独立,利于拓展和维护。人机交互接口摒弃了传统的集中的文字框显示模式,多采用图表曲线的形式显示,利于测试人员观察分析,在数据采集后采用窗口均值滤波算法对数据进行处理,有效降低噪声干扰。利用Access企业级数据库对采集数据以及配置等进行管理,利于数据的查询和安全存储。最后进行了全面的系统测试,验证了系统的稳定性与可靠性。本系统的完成有助于了解导电环在宽温度范围内的不同的工作模式情况下机械性能与电气性能的改变规律等性能指标,对导电环在复杂环境下安全稳定高效的运行有重要意义。
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