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高精度舵机控制器的研制

2020-11-22阅读(680)

高精度舵机控制器的研制

论文摘要

导弹舵机是导弹飞行系统的执行机构,它直接关系到导弹的打击精度。本文针对导弹舵机的高性能位置伺服要求,设计了一套基于TMS320F2812 DSP的全数字导弹舵机伺服系统,同时分析了其结构组成、控制方案、控制器软硬件设计等问题。该系统以无刷直流电机作为伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现舵面位置的高性能跟踪。 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。在硬件设计部分,阐述了以TMS320F2812 DSP为核心的整个舵机伺服系统的构建过程,并对其中比较关键的部分进行了详尽的分析;同时设计了CPLD的控制逻辑并给出了基于maxplus-Ⅱ的仿真波形。在软件设计部分,详细描述了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植、任务的划分和调度以及各任务的功能流程;在控制算法上采用经典的三环控制策略,并对传统的PID算法作了改进,其中位置环采用PID参数模糊自整定的算法,速度环采用bang-bang和积分分离PI调节相结合的算法,电流环采用积分分离的PI调节算法。同时从舵机控制器的实际情况出发,提出了软件抗干扰技术和硬件抗干扰技术。 初步调试结果表明,采用以上的设计方案可以较好地达到位置跟踪效果,尤其是移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统以后,软件的可靠性、实时性和可扩展性都得到了极大的提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题研究背景
  • 1.2 导弹舵机的国内外发展现状及发展趋势
  • 1.3 论文的主要研究工作
  • 第二章 舵机控制器的总体方案设计
  • 2.1 导弹舵机系统的基本原理及组成
  • 2.2 伺服电机的选择
  • 2.3 BLDCM的结构与工作原理
  • 2.4 无刷直流电机伺服系统的控制策略
  • 2.5 舵机控制器的设计方案
  • 2.5.1 控制器的硬件方案设计
  • 2.5.2 软件方案设计
  • 第三章 舵机控制器硬件部分详细设计
  • 3.1 控制器的硬件组成
  • 3.2 TMS320F2812 DSP最小系统设计
  • 3.3 电源系统及接口电路设计
  • 3.3.1 舵机系统电源的分配
  • 3.3.2 舵机系统的上电顺序
  • 3.4 模拟量采集电路设计
  • 3.4.1 舵面角度反馈信号检测
  • 3.4.1.1 角度传感器的选择及工作原理
  • 3.4.1.2 恒流源电路及位置信号处理电路
  • 3.4.2 电流反馈信号检测
  • 3.5 舵机触发电路设计
  • 3.5.1 舵机出发信号的产生
  • 3.5.2 驱动隔离电路
  • 3.6 功率驱动电路设计
  • 3.6.1 IR2130的自举电路
  • 3.6.2 功率主电路及功率驱动器设计中应该注意的地方
  • 第四章 舵机伺服控制器软件部分设计
  • 4.1 控制系统软件的体系结构
  • 4.1.1 控制系统软件的结构选择
  • 4.1.2 系统的总体软件结构
  • 4.2 μC／OS-Ⅱ实时操作系统在F2812 DSP上的移植
  • CPU.H文件的调整和修改'>4.2.1 OSCPU.H文件的调整和修改
  • CFG.H文件'>4.2.2 OSCFG.H文件
  • CPUA.H文件'>4.2.3 OSCPUA.H文件
  • CPUC.C文件的编写'>4.2.4 OSCPUC.C文件的编写
  • 4.2.5 μC／OS-Ⅱ系统测试
  • 4.3 系统初始化设置
  • 4.3.1 F2812 DSP的初始化
  • 4.3.2 μC／OS-Ⅱ实时操作系统初始化
  • 4.4 A／D数据采集
  • 4.5 舵机控制器的三环控制策略
  • 4.5.1 电流环设计及调试结果
  • 4.5.1.1 积分分离的PI算法
  • 4.5.1.2 PWM信号的产生
  • 4.5.1.3 电流环调试结果
  • 4.5.2 速度环控制算法及调试结果
  • 4.5.2.1 反馈速度的计算与处理
  • 4.5.2.2 速度环的控制算法
  • 4.5.2.3 速度环的调节结果
  • 4.5.3 位置环控制算法及调试结果
  • 4.5.3.1 基于FDATool的滤波器设计方法
  • 4.5.3.2 PID参数的模糊自整定算法设计
  • 4.5.3.3 位置环的调节流程
  • 4.5.3.4 位置环调节结果
  • 4.6 任务的划分及调度
  • 4.6.1 任务的划分
  • 4.6.2 任务的调度
  • 第五章 舵机系统抗干扰设计
  • 5.1 硬件抗干扰技术
  • 5.2 软件抗干扰技术
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 影响系统性能的因素
  • 6.2 可能的改进措施
  • 参考文献
  • 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
  • 致谢
  • 西北工业大学 学位论文知识产权声明书
  • 西北工业大学 学位论文原创性声明

    • 相关论文文献

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