制导炮弹电动舵机控制器设计与分析

论文摘要

电动舵机是制导炮弹控制系统的执行机构,其控制精度、铰链力矩、频响特性等,直接影响到制导炮弹的性能指标。本文针对由无刷直流电机组成的电动舵机,研究适宜的舵机控制器算法及其控制器参数。电动舵机是一种高精度的位置伺服系统,通过分析舵机系统的工作原理,建立SIMULINK仿真模型,针对常用的PI、滑模、模糊等控制,设计了不同的控制器,观察仿真环境下舵机偏角响应曲线的时域特性,分析了不同控制算法对舵机的控制效果,最终确定舵机控制系统的控制算法。基于已有的硬件,设计PI控制器,并使用模糊控制对其参数进行优化,来提高舵机系统的响应速度、精度和跟踪能力。然后对舵机进行系统的实验,采集数据、离线绘图,分析舵机的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 制导炮弹弹载舵机的作用
• 1.2 制导炮弹舵机的研究现状
• 1.3 舵机控制器算法研究现状
• 1.4 课题的研究背景
• 1.5 本文的内容
• 2 电动舵机的结构和工作原理
• 2.1 电动舵机的组成
• 2.2 电机类型选择
• 2.3 无刷直流电机的组成
• 2.4 无刷直流电机的工作原理
• 2.5 永磁无刷直流电机的数学模型
• 2.6 电机调速PWM
• 2.7 本章小结
• 3 电动舵机控制系统仿真分析
• 3.1 电机驱动仿真模型
• 3.2 无刷直流电机模型
• 3.3 逻辑换相模型
• 3.4 三相逆变桥模型
• 3.5 控制器部分
• 3.6 本章小结
• 4 电动舵机控制器算法分析
• 4.1 PI控制器仿真
• 4.2 滑模变结构控制器设计及仿真
• 4.2.1 滑模控制的基本原理
• 4.2.2 电动舵机滑模控制器设计
• 4.2.3 电动舵机滑模控制器仿真分析
• 4.3 模糊PI控制器
• 4.3.1 模糊控制器的基本原理
• 4.3.2 模糊PI控制器的设计与仿真
• 4.4 电动舵机控制算法分析
• 4.5 本章小结
• 5 舵机控制器参数调整及分析
• 5.1 所选舵机系统重要组成
• 5.2 上位机控制模型
• 5.3 舵机PI算法控制器程序
• 5.4 PI控制参数调整
• 5.5 PI算法改进
• 5.6 模糊PI控制算法
• 5.7 舵机系统性能测试
• 5.7.1 实验目的
• 5.7.2 实验平台
• 5.7.3 实验过程中遇到的问题和解决办法
• 5.7.4 舵机系统跟踪性能试验
• 5.8 舵机系统性能分析
• 5.9 反馈信号滤波
• 5.9.1 最小二乘滤波
• 5.9.2 椭圆滤波器
• 5.10 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 电机s函数程序
• 附录B 滑模变结构s函数
• 附录C 舵机系统空载实验偏角响应曲线图
• 附录D 最小二乘滤波器matlab程序
• 附录E 频响分析matlab程序
• 附录F 椭圆滤波matlab程序