基于DSP的弹上舵机控制系统的设计

论文摘要

弹上舵机系统是一个高精度的位置伺服系统,它是导弹控制系统的执行机构,也是导弹飞行控制系统的重要组成部分。本课题的研究目的是设计一种能对弹上舵机进行精确、快速实时控制的数字化控制系统。本文设计的舵机系统主要包括舵机控制器和由稀土力矩电机以及谐波减速器组合而成的舵机驱动机构。为了改善弹上舵机控制系统的动态和稳态性能,提高系统响应速度和控制精度,主要完成了以下工作:首先,本文介绍了舵机控制系统的构成以及无刷直流电机(BLDCM)的工作原理,建立了无刷直流电机的数学模型。其次,根据舵机系统的特点,将模糊控制适应性强和PID控制稳态误差小等优点结合起来提出了适合本系统的模糊自适应PID控制算法。将舵机的实时舵偏角度与给定目标角度的误差以及误差的变换量进行了合理的智能分级。用模糊控制器取代传统的舵机控制器用以改善舵机的控制性能,提高系统的动、静态响应。在构建出了基于模糊自适应PID控制的舵机位置控制系统的基础上,运用MATLAB/SIMULINK平台对其控制系统进行了模拟仿真。最后,在研究了TMS320F2812DSP器件的软硬件结构及其控制电机的特点的基础上,设计实现以DSP为核心的四路舵机控制系统。通过通信总线将舵机的运行状态数据实时上传至上位计算机,采用Matlab设计的评测软件对舵机系统进行了离线分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题的背景
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第二章 稀土无刷直流电机的工作原理及数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 稀土直流力矩电机的介绍
• 2.3 稀土无刷直流电机的工作原理
• 2.3.1 稀土无刷直流电机的基本构成
• 2.3.2 稀土力矩电机的工作原理
• 2.4 稀土无刷直流电机的数学模型
• 2.5 无刷直流电机的仿真模型
• 2.6 小结
• 第三章 模糊自适应 PID 控制系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 传统PID 控制系统的设计
• 3.2.1 PID 算法简介
• 3.2.2 基于 PID 的控制器设计
• 3.2.3 基于传统 PID 的无刷直流电机控制器
• 3.3 模糊PID 控制系统的设计
• 3.3.1 模糊 PID 控制理论概述
• 3.3.2 基本模糊控制器的设计
• 3.3.3 基于模糊自适应 PID 的舵机控制器的设计
• 3.4 小结
• 第四章 舵机控制系统的仿真
• 4.1 引言
• 4.2 系统仿真模型的建立
• 4.2.1 无刷直流力矩电机
• 4.2.2 斩波器模型
• 4.2.3 转角转速观测器
• 4.2.4 转角位置控制系统
• 4.2.5 转角位置控制器
• 4.2.6 转速控制器
• 4.2.7 调节开关
• 4.2.8 电流控制器
• 4.2.9 PWM 波发生器
• 4.2.10 电机测量单元
• 4.3 模糊自适应 PID 位置控制器的仿真
• 4.3.1 PID 位置控制器
• 4.3.2 模糊自适应 PID 位置控制器
• 4.4 舵机位置控制系统的仿真实验
• 4.5 小结
• 第五章 舵机控制系统的构成与工作原理
• 5.1 引言
• 5.2 TMS320 系列DSP 概述
• 5.3 总体方案设计
• 5.4 以DSP 为核心的单舵机控制板的设计
• 5.4.1 系统的构成
• 5.4.2 硬件电路设计
• 5.4.3 DSP 与上位机的通信
• 5.5 四路舵机控制器的联调
• 5.6 系统的滤波
• 5.6.1 滤波器的原理、过程及方法
• 5.6.2 IIR 滤波器在DSP 中的实现
• 5.7 系统软件设计及算法实现
• 5.7.1 软件开发器件介绍
• 5.7.2 DSP 主程序编写
• 5.8 小结
• 第六章 系统性能测试与分析
• 6.1 引言
• 6.2 系统控制性能评估
• 6.2.1 系统阶跃响应测试
• 6.2.2 幅频特性及相频特性
• 6.2.3 频率响应特性曲线
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 后期工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果