基于DSP的飞机重心自动控制系统设计

论文摘要

飞机重心位置直接影响飞机的稳定和操纵特性。本文在分析飞机结构特征及影响飞机重心位置因素的基础上，建立了重心控制系统的数学模型。该模型指出对重心的控制可通过对系统执行机构电机的起停和速度控制完成。据此设计了重心控制系统的实现方案。考虑到航空领域的可靠性和可维护性要求，选择了无位置传感器的无刷直流电动机作为执行机构。通过对系统设计过程中主要问题的分析与研究给出了解决方法。 (1)针对不同飞机结构和重量差异较大的现实，为实现控制系统的通用性降低飞机改造成本。设计以机载工作站为主机各个监控模块为节点的CAN总线通信网络。监控模块以TI公司TMS320F2812 DSP为核心，主要完成各种参数的采集和电机的控制。工作站对各种参数进行解算得到当前电机参考转速，并通过CAN总线发送给各个监控模块进行转速控制。 (2)针对网络内多节点数据传送难于同步的问题，提出总线位时间的计算方法。采用远程帧请求和节点自动应答模式，解决了多节点同时发送带来的总线仲裁问题，实现了通信开销最小化。 (3)为满足对流量等参数进行采集的要求，在确定传感器的型号之后，设计了以DSP为核心的脉冲采集电路和电流采集电路。 (4)针对执行机构电机转子位置信息无法直接获得的缺点，采用检测反电动势过零点并延时30°的设计方案，对检测电路移相产生的转子位置误差进行了分析，给出了补偿方法。详细介绍了硬件电路组成，重点分析了比较器的设计。 (5)针对电机静止或低速旋转时，反电动势信号微弱，无法进行准确检测实现自起动的问题。讨论了“三段式”起动技术，对“三段式”起动技术中的转子预定位、外同步加速和外同步到自同步切换进行了详细分析。设计了直接控制TMS320F2812的PWM输出单元进行转子加速的算法。 整个系统充分利用了TMS320F2812数字信号处理器兼具强大控制能力和数据处理能力的特点，极大简化了系统的硬件结构，提高了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 配平方法控制飞机重心原理
• 1.3 飞机重心控制系统主要技术指标
• 1.4 飞机重心控制系统总体结构及工作原理
• 1.4.1 改装后的飞机机构
• 1.4.2 系统组成及工作原理
• 1.4.3 控制系统的执行机构
• 1.4.4 执行机构电机选择
• 1.5 论文的主要研究工作
• 第二章 飞机重心控制系统相关原理研究
• 2.1 影响飞机重心位置的因素
• 2.1.1 飞机称重数据
• 2.1.2 驾驶舱客舱人员质量分布
• 2.1.3 使用空机重量重心
• 2.1.4 砝码搬移对飞机重心的影响
• 2.1.5 防冻液传输对飞机重心的影响
• 2.1.6 飞机油箱及燃油分布
• 2.1.7 飞机起飞前的加油量
• 2.1.8 油量及燃油重心计算公式
• 2.1.9 耗油引起的燃油重心变化
• 2.2 控制算法
• 2.2.1 地面预配平算法
• 2.2.2 砝码和防冻液联合预配平算法
• 2.2.3 指令调节算法
• 2.2.4 飞行中的正常调节规律
• 2.3 小结
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 系统功能需求
• 3.2 系统方案设计
• 3.3 基于CAN的分布式网络方案设计
• 3.4 开关量输出电路方案设计
• 3.5 模拟量和数字量检测电路方案设计
• 3.6 转子位置检测方案设计
• 3.7 双闭环调速方案设计
• 3.8 监控模块控制器方案确定
• 3.9 小结
• 第四章 飞机重心控制系统硬件设计
• 4.1 系统硬件组成
• 4.1.1 机载工作站
• 4.1.2 监控模块
• 4.1.3 传感器及板卡
• 4.2 电源模块设计
• 4.2.1 分布式供电系统电源分配
• 4.2.2 DSP的电源设计
• 4.2.3 DSP的监控器设计
• 4.3 CAN总线接口电路设计
• 4.4 模拟量和数字量检测电路设计
• 4.4.1 电流检测电路设计
• 4.4.2 脉冲检侧电路设计
• 4.5 数字量输出电路设计
• 4.6 位置检测电路设计
• 4.7 执行机构电路设计
• 4.7.1 逆变电路设计
• 4.7.2 驱动电路设计
• 4.7.3 母线电流检测电路设计
• 4.7.4 保护电路设计
• 4.8 小结
• 第五章 飞机重心控制系统软件设计
• 5.1 机载工作站的程序结构
• 5.2 监控模块主程序设计
• 5.3 工作站与监控模块CAN通信程序设计
• 5.4 模拟量采集程序设计
• 5.5 执行机构控制程序设计
• 5.5.1 电机启动程序设计
• 5.5.2 绕组换相程序设计
• 5.5.3 电流环速度环程序设计
• 5.6 小结
• 第六章 系统误差分析
• 6.1 误差来源分析
• 6.1.1 可以不考虑的误差
• 6.1.2 可以减小的误差
• 6.1.3 必须高度关注的误差来源
• 6.2 系统误差计算
• 第七章 系统运行结果分析
• 7.1 记载工作站接收监控模块的采集参数
• 7.2 监控模块试验相关波形
• 7.3 重心控制试验结果
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢