發(fā)布時(shí)間：2017-07-17 11:04

  本文關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化靈巧舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：電動(dòng)舵機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng),是飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器飛行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其性能的好壞直接決定了整個(gè)飛行器性能的優(yōu)劣。隨著電力電子技術(shù)和永磁電機(jī)的發(fā)展,新型永磁無刷直流電機(jī)以其體積小、功率密度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活等諸多優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)。本文采用盤式無刷直流電機(jī)作為電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力源,對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、驅(qū)動(dòng)方式分別展開分析,并對(duì)其數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。研制了一套體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的硬件電路,設(shè)計(jì)了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制算法,以得到較好的控制精度。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的可靠性和控制策略的可行性,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,所研制的舵機(jī)系統(tǒng)滿足控制性能要求,具有靈巧的一體化特點(diǎn),具有很高的應(yīng)用價(jià)值。論文研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:1.提出了電動(dòng)舵機(jī)伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。分析了舵機(jī)用無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本原理,得到了等效電路圖,建立了無刷直流電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,并推導(dǎo)出了電動(dòng)舵機(jī)的傳遞函數(shù)。2.針對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),研制了一套以DSP+CPLD為核心控制架構(gòu)的智能功率驅(qū)動(dòng)電路,包括主電源濾波及轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)與過流保護(hù)電路、位置檢測(cè)與旋變激勵(lì)信號(hào)調(diào)理電路、串口通信及其外圍電路。3.根據(jù)無刷直流電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制算法,其中位置環(huán)采用比例積分控制,速度環(huán)、電流環(huán)均采用比例控制。在DSP主控制器中設(shè)計(jì)了控制模塊、定時(shí)器模塊、采樣模塊和串口通信等模塊。在CPLD輔助控制器中設(shè)計(jì)了Hall換相邏輯、舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向解算邏輯、位置超限和過流保護(hù)等邏輯。4.搭建了完整的實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái),對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行了控制性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)地描述和分析。
【關(guān)鍵詞】：舵機(jī) 無刷直流電機(jī) DSP CPLD PID控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1;TJ765.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景和意義10
• 1.2 國內(nèi)外電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 電動(dòng)舵機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 伺服電機(jī)的發(fā)展12-13
• 1.3.2 控制器的發(fā)展13-14
• 1.3.3 控制方法的研究現(xiàn)狀14
• 1.4 本論文的內(nèi)容安排14-16
• 第二章 電動(dòng)舵機(jī)的原理及數(shù)學(xué)模型16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 電動(dòng)舵機(jī)伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)16-17
• 2.2.1 舵機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)16
• 2.2.2 機(jī)械性能指標(biāo)16
• 2.2.3 系統(tǒng)閉環(huán)特性指標(biāo)16-17
• 2.3 電動(dòng)舵機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理17
• 2.4 電動(dòng)舵機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型17-23
• 2.4.1 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)18
• 2.4.2 三相全橋驅(qū)動(dòng)電路及繞組導(dǎo)通方式18
• 2.4.3 PWM驅(qū)動(dòng)方式18-20
• 2.4.4 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型20-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 電動(dòng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)24-42
• 3.1 引言24
• 3.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)24-25
• 3.3 系統(tǒng)控制器電路設(shè)計(jì)25-28
• 3.3.1 主控制器電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.3.2 輔助控制器電路設(shè)計(jì)26-28
• 3.4 系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)28-40
• 3.4.1 主電源濾波電路28-29
• 3.4.2 二次電源轉(zhuǎn)換電路29-30
• 3.4.3 智能驅(qū)動(dòng)電路30-33
• 3.4.4 電流檢測(cè)與過流保護(hù)電路33-36
• 3.4.5 位置檢測(cè)與旋變激勵(lì)信號(hào)調(diào)理電路36-40
• 3.4.6 串口通信電路40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第四章 電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)42
• 4.3 DSP軟件設(shè)計(jì)42-50
• 4.3.1 控制模塊設(shè)計(jì)43-45
• 4.3.2 定時(shí)器模塊設(shè)計(jì)45
• 4.3.3 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)45-47
• 4.3.4 串口通信模塊設(shè)計(jì)47-50
• 4.4 CPLD軟件設(shè)計(jì)50-52
• 4.4.1 Hall換相邏輯運(yùn)算單元51
• 4.4.2 舵機(jī)轉(zhuǎn)速方向解算單元51
• 4.4.3 邏輯保護(hù)單元51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建53-56
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-64
• 5.3.1 串口通信模塊測(cè)試分析56-57
• 5.3.2 穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析57-60
• 5.3.3 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析60-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果71

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