舵机用无刷直流电机控制系统研究

西北工业大学硕士学位论文舵机用无刷直流电机控制系统研究姓名：刘彬申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：刘景林20040301舵机用无刷直流电机控制系统研究作者：刘彬学位授予单位：西北工业大学相似文献(9条)1.学位论文李跃忠电动舵机的集成设计与控制2006舵机在导弹中的作用为驱动舵面偏转。随着导弹性能要求的不断提升，舵机系统的整体要求也越来越高，包括对于舵机体积、重量的要求，对于承载能力的要求，以及控制性能的要求。舵机在结构上要求具有体积小、减速比大、回空小、刚度大、传递功率大的特点。目前电动舵机中电机与减速器分开设计，减小舵机体积的方法主要为对减速器进行结构设计，减小减速器的体积。本文通过深入分析国内外集成装置的设计思想、原理和方法，结合设计要求，提出一种无刷直流电机与行星齿轮减速器进行集成的方案设计，并阐述这一方案的设计方法、设计流程和仿真分析过程。舵机在控制性能上主要表现在对于快速性、可靠性等方面的要求。本文对无刷直流电机进行了仿真分析，系统分析了各个模块的工作方式；对无刷直流电机进行简化，对伺服系统进行仿真分析。然后对现有电动舵机控制技术进行了研究，采用数字信号处理器(DSP)和脉宽调制(PWM)技术实现四台舵机的集中控制。通过对舵机控制系统的设计指标分析，进行硬件系统搭建、软件系统的总体方案设计，实现整个控制系统设计。通过对电动舵机的研究，本文对其进行了集成设计，对无刷直流电机和伺服系统进行了仿真分析，对控制系统进行了硬件设计，对进一步研究电动舵机的集成设计及其控制有一定的作用。2.学位论文林忠万基于DSP的导弹舵机伺服控制系统的研究2004导弹舵机是导弹飞行控制系统的执行机构,导弹的各种姿态运动都是靠舵机带动舵面偏转来实现的.该文研究了新型全数字导弹电动舵机伺服控制系统的设计问题,该系统使用了高性能数字信号处理器(DSP)和脉宽调制(PWM)技术实现四台无刷直流电机(BLDCM)的集中控制.论文在分析了舵机系统的工作原理基础上,重点研究了BLDCM的调速方法与控制策略,对BLDCM的转矩脉动产生原因及其抑制方法也进行了详细分析与探讨,给出了单DSP控制四个相互独立工作舵机的控制算法,并提出了整个舵机位置伺服控制系统的设计方案.其次论文在详细介绍舵机控制系统的硬件设计基础上,完成了系统软件设计,并采用了位置环、转速环和电流环的三环控制算法实现了舵机位置伺服功能,对传统PID和比例—模糊—PID控制算法在舵机控制系统中的实际应用效果进行了比较分析.最后该文分析了影响系统性能的各种因素,并对此提出了具体的改进措施.3.学位论文王一诚弹用舵机控制技术研究2009随着航天科技的不断发展，电动舵机的应用日益广泛，正逐步代替液压舵机和气动舵机。电动舵机不仅能够提高伺服系统的性能，同时可降低系统的重量和维护费用。本文设计了一套全数字导弹舵机伺服系统，该系统以无刷直流电机作为伺服电机，采用三闭环的控制策略，实现舵面位置的高性能跟踪，以满足导弹舵机的高精度、高灵敏度和高可靠性要求。论文首先介绍了舵机系统的组成、工作原理以及系统总体方案，详细分析了舵机系统各组成部分的数学模型，推导出电动舵机系统的总数学模型。论文的第二部分根据导弹对舵机系统的指标要求，采用基于电流环比例调节器、速度环PI调节器、位置环模糊自整定PID调节器的三闭环控制方法，从而实现导弹舵机系统的全数字控制。文章重点介绍了基于位置环模糊自整定PID调节器的基本原理和方法，并通过仿真分析对算法进行了验证。论文的第三部分详细介绍了系统的硬件和软件设计，完成了基于TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)为核心的控制器和无刷直流电机驱动器等硬件的设计以及基于三闭环控制算法的软件设计。论文的第四部分对舵机系统样机进行了试验测试，试验结果表明系统具有良好的静态和动态性能。论文最后对本文的工作进行了总结，并对舵机控制系统后续改进工作进行了展望。关键字：电动舵机、数字信号处理器(DSP)、无刷直流电动机、模糊自整定PID4.学位论文陈雪姝基于DSP的舵机控制系统2009论文研究了全数字导弹电动舵机伺服控制系统设计，该系统采用高性能数字信号处理器(DSP)和脉宽调制(PWM)技术实现对电机的集中控制。为提高控制品质，搭建了以新型浮点型DSP芯片为核心，基于CAN2.0通信总线的四路舵机控制系统的硬件平台。论文主要围绕控制核心TMS320F28332DSP展开，设计了各部分电路，对关键部分给出了详细的分析说明。控制策略上，针对某型号弹上舵机，采用了一种组合式分段PID控制算法。在软件设计方面，详细的给出了TMS320系列DSP的软件开发方法，同时对若干关键的源程序代码进行了详细的分析。现场联调测试结果表明该系统具有抗干扰性好，控制品质优等特点。最后本文分析了影响系统性能的因素，并从算法和硬件电路两方面提出了具体改进措施。5.学位论文施兴祖小型低空飞艇中的数据采集、控制与实现2009近年来，随着世界各国对空间资源的不断开发利用，平流层信息平台已经成为当前研究的热点，由于科学技术条件的限制，目前常用低空飞艇对平流层的特性进行验证分析。本文综述了平流层飞艇以及数据采集与控制技术的研究现状，分析了小型低空飞艇中的数据采集与控制技术，提出了一种以“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)+复杂可编程逻辑器件(CPLD)”为核心的系统硬件结构，并详细介绍了整个系统的设计过程，其中包括了微型惯性传感器的器件选型、GPS接收机的内部结构和外部扩展电路、信号调理电路、数据采集模块、舵机控制电路等组成部分。在此硬件结构的基础上，结合当前广泛采用的INS/GPS组合导航中的数据处理技术，设计了适合该系统的多传感器数据融合算法以及舵机控制程序等相关软件，构建了一个结构紧凑、功耗低、成本低的小型低空飞艇数据采集与控制子系统，仿真数据和平台实验结果表明该舵机控制系统的可行性和有效性。本论文最后对整个数据采集与控制子系统进行评价和总结，提出了进一步工作的建议，并对今后发展做了展望。6.学位论文孙志伟小灵巧滑翔弹飞行控制系统设计2010本文以XX基金项目为依托，以小灵巧滑翔弹为研究对象，应用现代控制理论研究了倾斜转弯(BTT)飞行控制技术。在此基础上，以MEMS传感器、数字信号处理器(DSP)及电动舵机为主要元部件，设计并实现了飞行控制器硬件系统，完成了控制系统软件设计和系统调试试验。在课题研究阶段主要完成了以下工作：■进行了BTT飞行控制系统整体方案的设计，研究了BTT飞行控制器的工作原理及其控制方法，给出了系统设计要求、设计方案和实现方法。■飞行控制系统硬件电路的设计与制作。以TMS320F2812为核心，完成了系统硬件控制电路的原理图设计和PCB板制作，并进行了控制电路板基本功能的调试工作。■飞行控制系统软件的设计与调试。本系统软件的设计集飞行控制和航向解算于一体，采用模块化设计方法，按其功能和特点可分为以下几个部分：数据采集、串口通信、控制律解算、PWM波产生等。■飞行控制系统调试。确定系统调试内容，给出了问题解决方案，并完成了飞行控制系统数据采集与舵机控制的基本功能运行实验。实验结果表明，所设计系统能够完成对各传感器模块数据的实时采集和对舵机的快速控制。本文可以为小灵巧滑翔增程制导炸弹的研制提供技术支持，相关研究成果可以应用于小直径炸弹、智能化子导弹等一类面对称武器。关键词：小灵巧滑翔弹，BTT控制，DSP，自动驾驶仪，飞行控制系统7.学位论文刘以建某型号弹载计算机的研制2007飞行器的位置、速度和姿态角信息是通过惯性敏感器(陀螺仪和加速度计)敏感、测量飞行器的角运动和线运动，经过CPU解算而得到的，解算是一个复杂的运算，要用到积分、卷积、叠代等数学运算，如采用单片机或通用CPU，难以胜任高速运算要求，而且运算能力有限。而数字信号处理器DSP具有高效的数值运算能力，并能提供良好的开发环境，DSP的数据运算处理功能强大，即使在很复杂的控制中，采样周期也可以取得很小，控制效果更接近于连续系统。因此经过综合考虑，弹载计算机的设计采用DSP+FPGA的形式，由：DSP芯片作为中央处理模块，FPGA作为双口RAM模块、FIFO模块、通信模块且负责板上的部分逻辑译码及时序工作，输出模块用D/A转换器实现。为了实现小型化，在硬件设计方案上采用了当今国际上流行的FPGA技术和表面贴装技术，在设计阶段就可以对电路逻辑进行仿真，确保了设计的一次成功。弹载计算机监控软件，为控制系统应用软件的调试、运行提供了必要的软件工具及环境。监控软件应提供数据装订、取弹上内存数据、弹上内存检查修改、执行程序、单元测试、寄存器检查修改、数据块搬移、显示等功能。它固化在EPROM中，需运行时才将其调入RAM中，可重入，顺序处理方式。监控软件的主程序负责完成初始化、弹地同步、以及弹上接收／地面发送、分析命令字(A、W、S、M、R、V、N)，并转移到相应的命令执行子模块程序。弹地同步成功后，弹上一直处于接收命令状态，接收命令无先后次序。组装是计算机工程(不论大小)极重要的部分。弹载计算机的嵌入性与可靠性等特殊要求又进而增加了组装的复杂性。复杂性缘由于它所涉及的工程学科范围较广，它所处理的实际技术问题往往又是矛盾的。组装是一个复合的概念除了结构设计基本含义外，还包括冷却技术、工艺技术等方面内容。对结构设计、热设计、振动冲击缓冲设计以及环境防护技术、防护材科和处理工艺作了简要叙述。弹载计算机要进行详细的测试，以确保它能成功地完成飞行任务。由于计算机的复杂性，它的测试通常是按功能进行的，又由于弹载计算机的高可靠性要求，一些信号还要单独进行逐项测试。除了本身的测试外，弹载计算机因其在制导与姿态控制系统中处于中间位置，系统中其它设备(如惯性组合或平台、伺服机构等)的测试，通过或借助计算机来完成的话，可以明显地减少系统的复杂性，使测试与实时计算更加一致。所以，弹载计算机的测试一般要考虑到机内与机外的有关部分。系统测试是由地面测试发射控制系统控制的。地面与弹上的接口，在弹上是安排在弹载计算机内的。由于微电子技术的发展，使经济性、可靠性与嵌入性等方面逐渐能满足弹载应用的要求，为合理地划分弹上与地面的测试内容，消除弹地之间的测试信号线，提供了可行的技术条件。弹载计算机测试仪需要对弹载计算机的舵机控制电压、二次电源电压等模拟信号进行测试，并模拟弹上舵机、惯性组合、记录仪和地面测发控系统与弹载计算机的相关接口信号，配合弹载计算机进行软硬件功能调试。出厂验收时，需要使用计算机测试仪对弹载计算机的参数、功能和接口进行全面测试；测试结果作为弹载计算机生产验收合格的重要依据。目前，该产品已经完成了靶场3发弹的飞行试验，飞行试验取得圆满成功。该DSP+FPGA形式的嵌入式弹载计算机为国内新方案，已走在国内同行前列。8.期刊论文赵孟文.王鸿辉.ZHAOMeng-wen.WANGHong-hui导弹电动舵机伺服控制器的设计-西安航空技术高等专科学校学报2009,27(5)在分析导弹电动舵机系统工作原理的基础上,采用了高性能数字信号处理器(DSP)和集PWM的功率驱动芯片SA60来实现四台他励直流有刷电机的集中控制.并运用位置环、转速环和电流环的三环控制算法,实现了新型全数字导弹电动舵机位置伺服功能.9.学位论文张远虎快速大功率直流无刷型电动舵系统研究2007舵机位置伺服控制系统(舵系统)用来控制舵面偏转，保证舵机的各项动、静态性能指标，如响应速度快、精度高、稳定性好等。快速、大功率、体积小、集成度高、全数字化的电动舵系统已成为其发展方向。因此，研究和设计基于数字信号处理器(DSP)的永磁无刷直流电机位置伺服控制系统具有重要的理论意义和工程实用价值。论文简要介绍无刷直流电机的特点和基本工作原理。通过对系统性能要求和无刷直流电机常用控制策略的分析，经典的位置一速度一电流三闭环控制策略被应用到位置伺服控制系统中，其中位置环采用非线性PID控制策略，来满足系统性能要求。论文分析了无刷直流电机在三相六状态120°两两导通方式下传统PWM调制方式，并在参考直流电