舵机用无刷直流电机控制系统

论文摘要

电动舵机因其结构简单,输出转矩大而成为当前研究的重点。目前,电动舵机一般多采用直流电机,但直流电机的机械换向给系统安全工作带来了诸多不便。无刷直流电机采用电子换向、功率密度高,更适合应用于导弹舵机系统,因此研究基于无刷直流电机的电动舵机驱动系统具有重要的现实意义。本文针对舵机系统的特点,设计了用于舵机驱动的无刷直流电机控制系统,并对系统的控制策略和自检测方式进行了深入研究。本文首先介绍了导弹舵机驱动系统的组成、特点以及导弹对舵机驱动系统的要求,推导了基于无刷直流电机的舵机驱动系统的数学模型。针对舵机系统的特点,设计了基于数字信号处理器的用于舵机驱动的无刷直流电机控制系统。在硬件电路设计的基础上,本文分析了无刷直流电机控制系统的总体控制方案。针对系统需要正反转的工作特点,本文采用改进型反接制动控制策略,实现了电机正反转的平稳切换。根据系统的控制方案,建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型,并以霍尔元件作为位置传感器实现了系统位置的准确跟踪。在常规PID控制下系统抗负载变化的能力较差,本文针对这一问题分析了常规PID控制下系统抗负载变化能力差的原因,并提出采用模糊PID控制的办法来加以改善,随后建立了系统模糊PID控制的仿真模型,并实现了系统的模糊PID控制。最后,针对舵机控制系统对控制器自检测的要求,分析了控制系统可能出现的电气故障类型。针对所分析的电气故障类型,提出了系统可行的自检测方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 舵机控制系统的研究现状
• 1.2.1 电动舵机的发展
• 1.2.2 无刷直流电机在舵机系统中的应用
• 1.2.3 电动舵机控制技术的研究现状
• 1.3 模糊控制在舵机控制系统中的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 无刷直流电机控制系统的设计
• 2.1 引言
• 2.2 舵机驱动系统的组成与要求
• 2.2.1 舵机驱动系统的组成
• 2.2.2 舵机驱动系统的特点与要求
• 2.3 舵机驱动系统的数学模型
• 2.3.1 无刷直流电机的数学模型
• 2.3.2 舵机驱动系统的数学模型
• 2.4 无刷直流电机控制系统的硬件设计
• 2.4.1 控制系统的硬件总体结构
• 2.4.2 电源电路设计
• 2.4.3 控制电路设计
• 2.4.4 驱动电路设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 无刷直流电机控制系统的PID控制
• 3.1 引言
• 3.2 系统的总体控制方案
• 3.3 无刷直流电机控制系统PID控制的仿真
• 3.3.1 无刷直流电机控制系统的仿真建模
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 无刷直流电机控制系统PID控制的实现
• 3.4.1 无刷直流电机的PWM调制方式分析
• 3.4.2 系统软件设计
• 3.4.3 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 无刷直流电机控制系统的模糊PID控制
• 4.1 引言
• 4.2 模糊控制基本原理
• 4.2.1 模糊控制的数学基础
• 4.2.2 模糊控制系统的工作原理
• 4.3 无刷直流电机控制系统模糊PID控制的仿真
• 4.3.1 模糊控制器的设计
• 4.3.2 仿真结果及分析
• 4.4 无刷直流控制系统模糊PID控制的实现
• 4.4.1 系统模糊控制的软件设计
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.5 PID控制与模糊PID控制的对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 无刷直流电机控制系统的自检测
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统故障类型分析
• 5.3 控制系统的自检测设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢