發(fā)布時間：2017-08-15 18:34

  本文關(guān)鍵詞：基于DSP的無刷直流電機舵機系統(tǒng)的設(shè)計與研究

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【摘要】：舵機作為飛行器制導(dǎo)的直接執(zhí)行機構(gòu),其性能的好壞對其制導(dǎo)精度具有決定性的影響。由于制導(dǎo)飛行器的舵機需要適應(yīng)其特殊的使用環(huán)境,要求舵機系統(tǒng)必須具有足夠大的輸出力矩,夠快的響應(yīng)速度、較小的體積、高可靠性等特點。電動舵機具有控制性能好、可靠性高,體積小、重量輕、易于維護等優(yōu)點,能滿足現(xiàn)代制導(dǎo)飛行器的特殊要求,是目前舵機研究的重點方向。本文旨在完成一套電動舵機樣機設(shè)計與開發(fā),用高性能的數(shù)字處理器DSP作為系統(tǒng)的控制核心,應(yīng)用現(xiàn)代的智能控制技術(shù)實現(xiàn)舵機的全數(shù)字化和智能化,提高電動舵機的性能。本文首先介紹了舵機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),并對電動舵機的各個部分進行簡要的分析,重點分析了無刷直流電機的工作原理與數(shù)學(xué)模型。根據(jù)電動舵機各部分結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型,依照實際電動舵機各部分組建形式,在Simulink中搭建了電動舵機系統(tǒng)的整體仿真模型。根據(jù)電動舵機的性能要求,系統(tǒng)采用三閉環(huán)控制策略,內(nèi)環(huán)電流環(huán)和速度環(huán)采用PI控制。位置環(huán)作為控制器的最外環(huán),對舵機的性能具有決定性的影響,本文采用了PID控制、模糊PID控制以及變論域模糊PID控制三種不同的控制算法,并在所搭建的仿真模型上進行了仿真對比試驗,并分析了不同的控制算法下舵機系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能與跟蹤性能。仿真結(jié)果表明,變論域模糊PID控制算法性能最優(yōu),模糊PID控制算法次之,PID控制性能較差。其次根據(jù)電動舵機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),選取TI公司的TMS320F28335型DSP處理器作為控制器的核心,完成了舵機系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。電動舵機硬件部分,依據(jù)系統(tǒng)要求以及DSP處理器的外圍設(shè)備,設(shè)計了DSP的最小系統(tǒng)電路,SCI串口通訊模塊、電機驅(qū)動模塊以及各部分信號調(diào)理電路。軟件部分完成了DSP主程序設(shè)計、中斷處理程序設(shè)計、以及各環(huán)的控制算法程序設(shè)計。其中控制算法程序是系統(tǒng)的核心,參照仿真實驗,舵機系統(tǒng)的電流環(huán)和速度環(huán)采用PI控制算法,位置環(huán)實現(xiàn)了DSP的PID控制算法與模糊PID控制算。最后,對舵機系統(tǒng)進行軟硬調(diào)試,并在所設(shè)計的電動舵機樣機上對不同控制算法進行了對比實驗,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本相吻合,模糊PID的控制算法較優(yōu)。同時實驗結(jié)果表明,本文所設(shè)計的電動舵機系統(tǒng)方案可行,基本達到舵機系統(tǒng)的位置伺服性能和控制指標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：電動舵機 無刷直流電機 DSP 變論域模糊控制
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1;TM33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究的背景及意義10
• 1.2 電動舵機系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 電動舵機發(fā)展趨勢11-13
• 1.3.1 電機性能的改善11-12
• 1.3.2 控制器技術(shù)的發(fā)展12
• 1.3.3 先進控制算法的應(yīng)用12-13
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容13-14
• 第2章 電動舵機系統(tǒng)的建模14-25
• 2.1 電動舵機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)14
• 2.1.1 電動舵機系統(tǒng)的組成14
• 2.1.2 電動舵機系統(tǒng)的工作原理14
• 2.2 無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型14-16
• 2.3 電動舵機控制系統(tǒng)仿真模型16-24
• 2.3.1 無刷直流電機本體模塊17-19
• 2.3.2 邏輯換相模塊19-22
• 2.3.3 逆變模塊22-23
• 2.3.4 系統(tǒng)總體仿真模型23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 電動舵機系統(tǒng)控制算法設(shè)計與仿真25-46
• 3.1 舵機系統(tǒng)性能要求與技術(shù)指標(biāo)25
• 3.2 PID控制算法與仿真25-29
• 3.2.1 PID控制算法原理25-27
• 3.2.2 仿真結(jié)果與分析27-29
• 3.3 模糊PID控制器設(shè)計與仿真29-38
• 3.3.1 模糊控制基本理論29
• 3.3.2 模糊控制的基本原理29-33
• 3.3.3 模糊PID控制器的設(shè)計33-36
• 3.3.4 模糊PID控制器的仿真分析36-38
• 3.4 變論域模糊PID控制器設(shè)計與仿真38-43
• 3.4.1 變論域模糊控制算法原理分析38-39
• 3.4.2 變論域模糊PID控制的設(shè)計39-41
• 3.4.3 變論域模糊PID控制仿真分析41-43
• 3.5 PID控制、模糊PID控制及變論域模糊PID控制對比分析43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 基于DSP的舵機系統(tǒng)硬件設(shè)計46-57
• 4.1 微處理器控制電路46-49
• 4.1.1 TMS320F28335的主要性能46-47
• 4.1.2 DSP最小系統(tǒng)硬件電路設(shè)計47-49
• 4.2 通信接口電路49
• 4.3 隔離驅(qū)動與功率放大電路49-50
• 4.4 三相逆變電路50-51
• 4.5 永磁無刷直流電機51
• 4.6 舵機執(zhí)行機構(gòu)51-52
• 4.7 信號檢測與調(diào)理電路52-56
• 4.7.1 電流檢測電路52-53
• 4.7.2 過流檢測電路53-54
• 4.7.3 轉(zhuǎn)子位置霍爾信號檢測電路54-55
• 4.7.4 電機轉(zhuǎn)速檢測55-56
• 4.8 本章小結(jié)56-57
• 第5章 基于DSP的舵機系統(tǒng)軟件設(shè)計57-63
• 5.1 主程序模塊功能及流程57
• 5.2 中斷服務(wù)子程序模塊57-59
• 5.2.1 串行通信SCI接收中斷57-58
• 5.2.2 定時器中斷58-59
• 5.2.3 eCAP捕獲中斷59
• 5.2.4 過流保護中斷59
• 5.3 控制算法程序59-63
• 5.3.1 電流環(huán)控制算法59-60
• 5.3.2 速度環(huán)控制算法60-61
• 5.3.3 位置環(huán)控制算法61-62
• 5.3.4 本章小結(jié)62-63
• 第6章 舵機系統(tǒng)樣機實驗63-66
• 6.1 階躍響應(yīng)測試63-64
• 6.2 跟蹤性能測試64-65
• 6.3 本章小結(jié)65-66
• 第7章 總結(jié)與展望66-68
• 7.1 總結(jié)66
• 7.2 展望66-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-72
• 碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)論文與研究成果72

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1 邱建琪,史涔n，

本文編號：679710