秦文甫[1]2004年在《基于DSP的数字化舵机系统设计与实现》文中提出空空导弹是现代化战争中夺取制空权,取得战争胜利的重要武器装备之一。舵机作为空空导弹的重要组件,既是导弹制导系统的执行机构,又是导弹制导回路的重要组成部分。当今,舵机正在向全电化、数字化和智能化方向发展。数字化电动舵机与传统的舵机相比,更易实现先进的控制方案,具有性能好、易维护、可靠性高等优点,已成为未来空空导弹舵机发展的方向。本课题研究的目的是设计和实现数字化舵机原理样机,力求运用现代控制的新方案,提高舵机整体性能,并通过试验进行验证。电动舵机是一个复杂的机电一体化系统。论文分析了组成电动舵机的各个环节,建立了舵机系统的数学模型。依据舵机系统的技术指标要求,分别设计了超前校正控制器和PID控制器,进行了系统的模型仿真。分析了在这些常规控制下系统精度低、抗力矩负载能力差的原因,提出在系统中采用模糊自整定PID控制器予以改善。通过叁种控制方案的仿真和分析,可以得出舵机采用模糊控制器后既具有常规控制响应快的优点,又在响应精度方面得到提高。论文同时以当前电机控制领域发展最迅速的专用数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F240为基础,设计完成了一套基于DSP的数字化舵机系统原理样机,编制了系统的软件程序。分别采用叁种控制器,进行了系统在空载和加载条件下的性能试验和对比。试验结果与仿真结果基本一致,验证了模糊控制器的优越性。本课题对电动舵机的发展有很大的实用意义和工程价值。论文率先尝试将数字信号处理器和模糊控制应用于空空导弹舵机系统,提高了舵机系统的整体性能。特别是,研制的样机具有控制器实现灵活,可靠性高,响应快的优点,如果在工程化方面加以改进,完全可以应用到电动舵机的型号研制中去,为数字化电动舵机的发展提供又一重要途径。
赵小龙, 郑宾, 刘雷强[2]2011年在《一种基于DSP的数字化舵机系统设计与实现》文中研究说明数字化电动舵机与传统的舵机相比,具有性能好、易维护、可靠性高等优点,已成为未来舵机应用发展的方向。通过试验进行验证,建立了舵机系统的数学模型。依据舵机系统的技术指标要求,设计了超前校正控制器,采用PID控制器,进行了系统在空载和加载条件下的性能仿真和对比。以专用数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2812为基础,设计完成了一套基于DSP的数字化舵机仿真系统。
周小庆[3]2010年在《高速无人机电动舵机控制器的设计与实现》文中研究指明小型无人机(MUAV),因其在军事、救援、航拍及遥感等诸多军民领域巨大的潜在应用价值,已兴起为一个热门的研究领域。舵机作为小型无人机的重要组件,既是执行机构,又是无人机飞行控制回路的重要组成部分,其性能的好坏直接影响着飞行控制系统的性能和飞行安全。在对舵机的调速性能、控制精度、输出力矩、体积具有特殊要求的航空航天领域,基于无刷直流电机(BLDCM)的电动舵机成为了未来小型无人机舵机发展的方向,它具有使用寿命长、体积小、质量轻、转速高、可靠性高、出力大、余度控制方便等众多优点,目前正向超高速、高转矩、大功率、微型化等方向发展。而目前国内现有的电动舵机由于没有采用高性能的直流无刷电机作为伺服电机,使得电动舵机的输出力矩和转速达不到要求;并且在实际的电动舵机控制器实施方面,目前主要停留在PID手动调参方法,并且没有考虑到实际应用对象的动态特性,即设计控制器时没有考虑到电动舵机负载转矩的变化。因此研究基于直流无刷电机的电动舵机的动态建模与控制问题具有重要的理论意义和应用价值。本论文在借鉴前人工作的基础上,首先引入了新型的大功率、高扭矩、体积小的无刷直流电机,解决了无人机对舵机力矩、速度和体积的要求;在提高舵机控制器的性能方面,提出了带前馈的模糊自整定的PID串级控制算法,基本解决了舵机在负载力矩大范围变化时,舵机控制器的稳定性和控制性能严重下降的问题;另外,构建了基于DSP的数字化舵机系统原理样机,解决了该型无人机舵机的选型问题,具有重大的工程意义。本文的主要工作和贡献如下:本课题的主要工作有:根据某型无人机对舵机的性能要求,对各部分进行选型,并推导出各部分的传递函数,从而得到舵机系统的数学模型,并在Matlab的Simulink环境下得到舵机系统的动态仿真模型;设计了传统的和带前馈的模糊自整定的PID串级控制器,并进行了空载和带负载情况下的系统仿真,并对两种控制器的性能进行了对比和分析;设计了基于DSP的原理样机的各部分硬件电路以及在CCS2000环境下开发了软件系统,并进行了系统调试;构建了基于虚拟仪器的测试平台,通过原理样机实验,分别测试舵机在两种控制器下的性能,从而比较分析这两种控制器的性能好坏,从而验证系统设计的正确性和可行性。本课题的创新性在于它的工程应用意义和价值。一方面,将数字信号处理器和基于前馈的模糊自整定PID的控制算法应用到无人机舵机系统中。DSP的应用,使舵机系统便于实现数字化,为舵机采用新的、先进的控制算法(如模糊控制等),全面提高性能创造了条件;此外,通过分析舵面的受力,得到较精确的铰链力矩模型,然后利用前馈控制器补偿负载变化对速度环的影响,从而解决了力矩大范围变化时舵机系统的稳定性以及控制性能降低的问题。另一方面,引入了新型的高转速、转矩密度大的无刷直流电机,并设计、构建了基于DSP的数字化舵机的原理样机。最后,构建了基于虚拟仪器的测试平台,大大提高了测试的效率和与用户的交互性。通过仿真设计、硬件制作、软件编程、试验分析,为研制型号舵机进行了必要的预先探索。
赵小龙, 马铁华, 刘艳莉[4]2012年在《一种数字化舵机系统设计与实现》文中研究指明数字化舵机具有控制精度高、可靠性高、抗干扰能力强且便于调整和优化等优点,已成为导弹舵机的发展方向。通过实验验证,建立了数字化舵机的系统模型。根据相关技术指标的要求,将PID控制引入舵机系统,设计了PID校正控制器,并在系统空载和加载条件下进行性能的仿真与对比。以专用数字信号处理器(DSP)芯片为基础,设计完成了一套基于DSP的数字化舵机仿真系统。
王亭, 徐波, 赵红超[5]2014年在《基于DSP的数字化电动舵系统改进设计》文中进行了进一步梳理对某型基于N80C196单片机的数字电动舵系统进行了改进设计,利用DSP控制技术对其数字控制器升级改造,在数字滤波、控制算法和舵系统的响应快速性、静态稳定性等方面进行了研究,并进行了舵系统DSP控制器的研制和调试。针对改进的舵系统提出了一种分段PID/变结构复合控制算法,完成了DSP数字化舵系统的硬件设计和软件设计,采用C语言和汇编语言进行DSP控制器编程。通过实验测试运行结果和计算机仿真结果的对比,以及对通频带的测试,说明了改进设计电动舵系统的DSP控制器的有效性。
孙剑[6]2004年在《基于DSP_CAN总线的数字伺服控制系统设计》文中提出近年来，随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。总线化是工业控制系统的一个发展方向，它在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面较集中式控制系统有明显的优越性。CAN(Controller Area Network)总线由于其高性能、高可靠性及独特的设计，具有较强的抗干扰能力，适合用于实时性要求很高的系统。 另一方面，目前许多工业伺服控制系统是基于模拟电子技术实现的，电路系统复杂、成本较高、抗干扰能力差、系统可扩展性差。它将无法适应工业伺服控制系统未来结构的要求。 本次论文工作的主要目的就在于通过调研，参考现有的电动伺服模拟控制系统以及系统指标要求，设计出基于CAN BUS的数字电动伺服控制系统。这项工作将研究两种实现方案： 1) 设计一个基于DSP的CAN总线接口系统，用来将CAN总线上的数字指令转换为模拟控制信号，送给已有的电动伺服模拟控制系统。 2) 设计并实现了一个基于DSP的、具有CAN总线通信功能的电动伺服数字控制系统。
伍城[7]2015年在《推力矢量控制装置与测试系统研究与设计》文中研究说明推力矢量控制技术是利用改变发动机等推进装置产生的燃气流方向来控制飞行器的飞行方向和姿态角,由于不受飞行速度、高度和大气特性影响,使飞行器在任何环境下都具有很高的机动性能,因此围绕推力矢量控制技术展开的研究越来越广泛。本文重点研究推力矢量驱动控制装置,并设计出进行地面实验时用于测量推力矢量的天平测试系统,最后分别进行实验验证和分析。推力矢量控制装置主要由舵机控制系统和尾喷管组成,舵机控制系统接受飞控计算机发出的位置给定指令,驱动尾喷管快速摆动到给定位置,从而达到改变发动机喷气流方向的目的。本文选用电动舵机控制系统作为推力矢量核心控制装置,结构简单,控制方便,输出转矩大。电动舵机控制系统主要由叁相无刷直流电机(BLDCM).驱动控制器、传感器以及减速机构等四部分组成。其中驱动控制器是舵机系统重要组成部分,选用集成驱动芯片L6235作为功率变换器,其内部包含叁相全桥及其驱动单元、Hall换相解码逻辑、过热过流保护单元等,功能齐全,使用方便；控制单元采用DSP+CPLD全数字式控制架构,电流闭环、转速闭环和位置闭环叁环控制策略,前馈控制结合反馈控制的控制方法实现对位置给定指令的快速跟踪,并保证极小的稳态误差。试验测试表明,舵机控制系统空载带宽高达6Hz,额定负载带宽为5Hz,稳态误差仅为±0.1。,满足系统设计指标,可作为推力矢量控制装置。推力矢量控制技术进行地面实验研究时,需对发动机推力实时、精确测量并记录,因此测试系统是尤为关键的实验装置。选用六分量应变天平作为推力矢量测试系统,采用具有高共模抑制比的信号放大电路对微弱的应变信号进行调理,24位高精度△-∑采样机理的ADS1256专用芯片进行A/D转换,以DSP28335为采集系统控制单元实现对天平应变信号实时采集并传送给上位机显示和记录。实验表明,本测试系统灵敏度高、线性好、噪声小、实时显示效果好,测量稳态误差仅为DSP自带A/D模块测量结果的百分之一,满足推力矢量实验测试要求。电动舵机控制系统根据飞控计算机给定的位置指令驱动尾喷管摆动而控制推力矢量,地面试验中通过六分量应变天平测试系统测量发动机产生的矢量推力,本文设计可用于发动机数学建模和推力矢量控制研究。
文德华[8]2010年在《基于TMS320LF2407A多余度舵机测控系统的设计与研究》文中研究指明舵机最早出现在航模设计中,在航空模型中,飞行器的各种飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵机来实现的。而随着航空技术的发展,航空装备越来越复杂,对舵机的可靠性和控制要求也越来越高。现代飞机操纵系统多采用液压伺服系统,这是因为它具有容量大、响应速度快、系统刚度大和控制精度高等突出优点。本文正是针对这一情况,设计了一套基于DSP的多余度电液数字伺服舵机系统。本文首先对舵机控制技术和DSP数字处理技术进行了简单探讨,从而提出基于DSP的舵机测控系统的技术。本文以余度技术为思想主线,对系统的容错能力、故障诊断和系统可靠性进行了比较及验证,并给出了四余度舵机测控系统的总体框架,包括软硬件组成、各外部接口的关系、数据的采集与处理、下位机的中断处理、系统CAN通信网络的构架等。另外,本文针对系统关键部分给出了具体的研究与设计,如:四余度系统的可靠性分析与同步技术、余度容错技术、故障诊断技术。在给出CAN通信模块和PWM模块详细设计的同时又给出系统PID模块的模拟设计,让余度舵机测控系统的可靠性和适用性得到更深一层的提高。论文中也给出了实验室下采集到的数据信号图样,证明余度舵机测控系统是合理的、可行的、可靠度高,具有很好的实用能力。最后对系统进行了总结与展望。
李红燕[9]2016年在《机电一体化灵巧舵机控制系统设计》文中提出电动舵机是一种复杂的机电一体化系统,是飞机、导弹等飞行器飞行控制系统的关键组成部分,其性能的好坏直接决定了整个飞行器性能的优劣。随着电力电子技术和永磁电机的发展,新型永磁无刷直流电机以其体积小、功率密度高、结构简单、控制灵活等诸多优点,已广泛应用于电动舵机系统。本文采用盘式无刷直流电机作为电动舵机系统的动力源,对其结构特点、工作原理、驱动方式分别展开分析,并对其数学模型和传递函数进行了推导。研制了一套体积小、结构紧凑、可靠性高的硬件电路,设计了位置、转速、电流叁闭环控制算法,以得到较好的控制精度。为了验证所设计硬件系统的可靠性和控制策略的可行性,搭建了实验平台,并对原理样机进行了测试实验。结果表明,所研制的舵机系统满足控制性能要求,具有灵巧的一体化特点,具有很高的应用价值。论文研究的内容主要包括以下几个方面:1.提出了电动舵机伺服系统关键技术指标。分析了舵机用无刷直流电机的结构与基本原理,得到了等效电路图,建立了无刷直流电机的动力学模型,并推导出了电动舵机的传递函数。2.针对整个驱动系统,研制了一套以DSP+CPLD为核心控制架构的智能功率驱动电路,包括主电源滤波及转换电路、电流检测与过流保护电路、位置检测与旋变激励信号调理电路、串口通信及其外围电路。3.根据无刷直流电机的运行特点及数学模型,设计了位置、转速、电流叁闭环控制算法,其中位置环采用比例积分控制,速度环、电流环均采用比例控制。在DSP主控制器中设计了控制模块、定时器模块、采样模块和串口通信等模块。在CPLD辅助控制器中设计了Hall换相逻辑、舵机转动方向解算逻辑、位置超限和过流保护等逻辑。4.搭建了完整的实验驱动平台,对原理样机进行了控制性能测试实验,并对结果进行了详细地描述和分析。
陈雪姝[10]2009年在《基于DSP的舵机控制系统》文中提出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。
参考文献：
[1]. 基于DSP的数字化舵机系统设计与实现[D]. 秦文甫. 清华大学. 2004
[2]. 一种基于DSP的数字化舵机系统设计与实现[J]. 赵小龙, 郑宾, 刘雷强. 伺服控制. 2011
[3]. 高速无人机电动舵机控制器的设计与实现[D]. 周小庆. 浙江大学. 2010
[4]. 一种数字化舵机系统设计与实现[J]. 赵小龙, 马铁华, 刘艳莉. 核电子学与探测技术. 2012
[5]. 基于DSP的数字化电动舵系统改进设计[J]. 王亭, 徐波, 赵红超. 海军航空工程学院学报. 2014
[6]. 基于DSP_CAN总线的数字伺服控制系统设计[D]. 孙剑. 西北工业大学. 2004
[7]. 推力矢量控制装置与测试系统研究与设计[D]. 伍城. 上海应用技术学院. 2015
[8]. 基于TMS320LF2407A多余度舵机测控系统的设计与研究[D]. 文德华. 西华大学. 2010
[9]. 机电一体化灵巧舵机控制系统设计[D]. 李红燕. 江苏大学. 2016
[10]. 基于DSP的舵机控制系统[D]. 陈雪姝. 西安电子科技大学. 2009
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