基于ARM的舵机控制器研究

论文摘要

论文首先分析制导子弹药舵机控制器基本原理,然后给出了基于ARM7内核的LPC2136和μC/OS-Ⅱ操作系统为核心的由单一控制器实现三套舵机伺服控制的设计方案。本文简要介绍了无刷直流电机的工作原理,分析了无刷直流电机的几种比较经典的控制策略和控制技术,在前人的研究基础上,应用较为成熟的脉宽调制原理设计电机控制器,在介绍了系统总体方案设计后,详细的阐述了系统的软件和硬件的设计。在硬件设计部分,阐述了以LPC2136为核心的整个舵机伺服系统的构建过程,并对各个模块进行了详尽的分析,主要包括以LPC2136为核心的控制板设计、电机驱和信号调理动板的设计,同时设计了CPLD的控制逻辑并给出了基于ISE一的仿真波形。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,详细描述了启动程序的编写、嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在LPC2136的移植、任务的划分和及各任务的功能流程,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,对传统的PID算法作了改进,对关键的位置环采用PID参数自整定算法以解决舵机控制参数调整困难的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外发展状态
• 1.3 电动舵机结构
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 电动舵机控制算法与系统分析
• 2.1 舵机控制技术及控制算法
• 2.1.1 PID 控制器的结构与算法
• 2.1.2 模糊控制
• 2.1.3 自整定模糊PID 控制
• 2.1.4 PID 参数实时改变控制算法的分析
• 2.2 舵机力矩和电机功率参数的计算
• 2.3 舵机控制器的设计方案
• 2.3.1 控制器的硬件方案设计
• 2.3.2 控制器的软件方案设计
• 第三章 控制器的硬件设计
• 3.1 硬件电路主体机构及器件选型
• 3.2 单元电路设计
• 3.2.1 系统电源设计
• 3.2.2 PWM 信号隔离
• 3.2.3 驱动主电路
• 3.2.4 过流保护及电流采样电路的设计
• 3.2.5 霍尔信号调理电路
• 3.2.6 保护电路
• 3.2.7 舵面位置检测
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 μC/OS－II 的移植
• 4.2 应用软件的编写
• 4.2.1 应用软件的结构
• 4.2.2 电流信号采样
• 4.2.3 电流调节
• 4.2.4 PWM 更新模块
• 4.2.5 电机驱动信号的获取
• 4.2.6 转速计算
• 4.2.7 速度环控制算法
• 4.2.8 位置环控制算法
• 4.2.9 位置环、速度环和电流环任务的实现
• 第五章 仿真与总结
• 5.1 利用MATLAB 模糊工具箱实现模糊PID 控制器
• 5.2 电流采样和PWM 输出试验
• 5.3 主要研究内容及成果
• 5.4 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1.电压采样及PWM 更新子程序子程
• 附录2.PID 参数模糊自整定算法
• 附录3.电机驱动信号Verilog 代码