基于TMS320F2812的飞行仿真器力感控制系统的研究

论文摘要

操纵负荷力感觉仿真系统（简称“力感系统”）,是飞行仿真器的重要组成部分。力感系统的主要作用是向仿真器提供负荷力的感觉。使操纵者有真实的驾驶感。该系统针对于飞行仿真器模拟的不同的外部环境,提供相应的负荷力。本文通过调研发现,目前在我国还没有成熟的力感控制产品,主要依赖于进口。研发具有我国自主知识产权的力感控制装置,具有深远重大意义。本文详细论述了由直流电机驱动的力感控制系统从设计、论证到最后完成样机的全过程。自行设计加工了可以在双自由度进行有限角度旋转的机械传动装置。用直流电机代替低速大转矩的力矩电机,降低了输出转矩的波纹,得到比较平滑的输出转矩。文中建立了力感控制系统各环节的数学模型,通过推导得出了系统稳定的条件,并利用MATLAB软件进行了仿真研究。并在此基础上设计了硬件电路图。采用了TMS320F2812作为控制核心,并建立RS-232接口与上位PC机通讯。设计了基于复杂的可编程逻辑元件（CPLD）的角位移观测系统。输出为13位数字量,用以对操纵杆角位移进行高精度的实时观测,采用电枢电流反馈的方式间接控制输出转矩,并由TMS320F2812完成一定的补偿算法以提高控制精度。在直流电机驱动方面采用模拟电压控制的电流随动系统,使系统具有更好的跟随性能。经过实验,证实了系统完全达到了设计要求,并且具有很好的可移植性。通过较小的改动,可应用于各种需要力感控制装置的系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 力感控制系统的国内外研究的现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 力感控制系统的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 力感控制系统的设计
• 2.1 力感控制系统的组成及工作原理
• 2.2 下位机DSP 及其接口电路
• 2.2.1 TMS320F2812 的串口电路设计
• 2.2.2 TMS320F2812 并口部分电路设计
• 2.2.3 模拟量输入
• 2.3 基于CPLD 的电机角位移观测电路
• 2.3.1 脉冲信号调理电路
• 2.3.2 角位移生成电路
• 2.3.3 D/A 转换电路
• 2.4 控制电压生成电路
• 2.5 直流电机驱动电路
• 2.6 永磁直流电机
• 2.7 机械传动部分
• 2.8 本章小结
• 第3章 系统的建模与仿真
• 3.1 影响力感控制系统性能的主要因素
• 3.2 力感控制系统的数学模型
• 3.3 力感控制系统动态稳定性分析
• 3.4 对系统动态特性的改进
• 3.5 力感控制系统的MATLAB 仿真
• 3.5.1 操纵杆运动情况下的仿真
• 3.5.2 系统阶跃响应的仿真结果
• 3.5.3 系统正弦波激励时的仿真结果
• 3.5.4 系统锯齿波激励响应的仿真结果
• 3.6 系统的频率响应
• 3.7 力矩的合成
• 3.8 本章小结
• 第4章 力感控制系统的软件设计
• 4.1 TMS320F2812 的软件设计
• 4.1.1 串口中断服务模块
• 4.1.2 杆力-位移跟踪模块
• 4.1.3 力阶跃实验模块
• 4.1.4 操纵杆复位模块
• 4.1.5 正弦波、三角波、锯齿波实验模块
• 4.1.6 数据处理模块
• 4.2 CPLD 的软件设计
• 4.3 控制电压的输出
• 4.4 本章小结
• 第5章 力感控制系统的实验研究
• 5.1 恒定输入时操纵杆的运动实验与分析
• 5.2 跃变响应实验与分析
• 5.3 正弦响应实验
• 5.4 锯齿波响应实验
• 5.5 三角波响应实验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢