舵机系统控制算法及性能的改进

论文摘要

弹上舵机系统是一个高精度的位置伺服系统,它是导弹飞行控制系统的重要组成部分。本课题的研究目的是针对某型号弹上舵机采用的小型电机与谐波减速器的组合方案设计一种能对其实施快速、精准控制的实时控制系统。为了改善弹上舵机控制系统的动态和稳态性能,提高系统的响应速度和控制精度,主要完成了以下工作:为了提高控制系统的控制品质,本文结合了遗传算法和常规PID的优点,设计了基于遗传算法整定的PID控制的智能控制算法;而在输入信号噪声方面,根据噪声特点采用了小波滤波算法,从而改善了舵机的控制性能,提高了系统的静态响应和动态响应。为了验证算法的可行性,本文在MATLAB的SIMULINK仿真平台上搭建了舵机控制系统的仿真模型对算法进行了仿真验证。在硬件系统搭建方面,本文根据舵机系统的特点,设计了以DSP为核心基于CAN2.0通信总线的四路舵机控制系统,并将其反馈通道电路与主控板卡分离开来以降低相互之间的干扰,从而在一定程度上减小了输入信号的噪声。最后,在硬件系统搭建和软件仿真都已完成的基础上将算法程序写入DSP,将上位机接收到的舵机运行状态数据通过通信总线实时上传至上位计算机保存,并采用MATLAB离线分析方式对控制性能进行测试分析,分析结果表明本控制系统性能良好,实现了既定的功能,达到了设计指标的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.1.1 国内外舵机的发展状况
• 1.1.2 舵机的发展趋势
• 1.2 舵机控制系统的功能要求
• 1.3 本文的主要任务与安排
• 第二章 小波滤波原理及设计
• 2.1 引言
• 2.2 小波变换理论基础
• 2.2.1 小波分析理论的产生
• 2.2.2 小波级数
• 2.2.3 小波框架
• 2.3 小波滤波的原理及方法
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 小波滤波的方法
• 2.4 多尺度TI 滤波
• 2.4.1 传统的小波阈值滤波
• 2.4.2 多尺度TI 算法
• 2.5 小结
• 第三章 基于遗传算法整定的PID 控制
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法的基本原理
• 3.3 PID 控制的原理
• 3.4 基于遗传算法的PID 整定
• 3.5 小结
• 第四章 舵机控制系统的设计及仿真
• 4.1 引言
• 4.2 系统的总体设计方案
• 4.3 系统仿真模型的建立
• 4.3.1 电机模块
• 4.3.2 电流滞环控制模块
• 4.3.3 参考电流模块
• 4.3.4 电压逆变模块
• 4.4 系统反馈通道小波滤波的仿真
• 4.5 基于遗传算法整定的PID 控制器的仿真
• 4.6 系统仿真结果分析
• 4.6.1 控制算法仿真结果分析
• 4.6.2 滤波仿真结果分析
• 4.7 小结
• 第五章 系统的软硬件及滤波的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 控制芯片TMS320F2812 的特点
• 5.2.1 本舵机控制系统所用到的DSP 资源
• 5.2.2 PWM 信号的产生方法
• 5.3 以DSP 为核心的舵机控制板的设计
• 5.3.1 电源模块的设计
• 5.3.2 主控电路的设计
• 5.4 系统反馈通道电路设计
• 5.4.1 1m A 电流源设计
• 5.4.2 信号的比例调整和滤波
• 5.5 电机驱动板卡的设计
• 5.6 系统软件设计及算法实现
• 5.6.1 主程序的设计
• 5.6.2 小波滤波算法实现
• 5.6.3 基于遗传算法整定的PID 控制算法实现
• 5.7 小结
• 第六章 系统性能测试
• 6.1 引言
• 6.2 系统性能测试
• 6.2.1 系统的阶跃响应分析
• 6.2.2 系统的小波滤波分析
• 6.2.3 系统的频率响应分析
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献