基于DSP的無刷直流電機舵機系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、舵機作為飛行器制導的直接執(zhí)行機構，其性能的好壞對其制導精度具有決定性的影響。由于制導飛行器的舵機需要適應其特殊的使用環(huán)境，要求舵機系統(tǒng)必須具有足夠大的輸出力矩，夠快的響應速度、較小的體積、高可靠性等特點。電動舵機具有控制性能好、可靠性高，體積小、重量輕、易于維護等優(yōu)點，能滿足現(xiàn)代制導飛行器的特殊要求，是目前舵機研究的重點方向。本文旨在完成一套電動舵機樣機設計與開發(fā)，用高性能的數(shù)字處理器 DSP作為系統(tǒng)的控制核心，應用現(xiàn)代的智能控制技術實

2、現(xiàn)舵機的全數(shù)字化和智能化，提高電動舵機的性能。
　　本文首先介紹了舵機系統(tǒng)的整體結構，并對電動舵機的各個部分進行簡要的分析，重點分析了無刷直流電機的工作原理與數(shù)學模型。根據(jù)電動舵機各部分結構與數(shù)學模型，依照實際電動舵機各部分組建形式，在 Simulink中搭建了電動舵機系統(tǒng)的整體仿真模型。根據(jù)電動舵機的性能要求，系統(tǒng)采用三閉環(huán)控制策略，內(nèi)環(huán)電流環(huán)和速度環(huán)采用 PI控制。位置環(huán)作為控制器的最外環(huán)，對舵機的性能具有決定性的影響，本文采

3、用了PID控制、模糊PID控制以及變論域模糊PID控制三種不同的控制算法，并在所搭建的仿真模型上進行了仿真對比試驗，并分析了不同的控制算法下舵機系統(tǒng)的快速響應性能與跟蹤性能。仿真結果表明，變論域模糊PID控制算法性能最優(yōu)，模糊PID控制算法次之，PID控制性能較差。其次根據(jù)電動舵機系統(tǒng)的整體結構，選取TI公司的TMS320F28335型DSP處理器作為控制器的核心，完成了舵機系統(tǒng)的軟硬件設計。電動舵機硬件部分，依據(jù)系統(tǒng)要求以及DSP處理

4、器的外圍設備，設計了DSP的最小系統(tǒng)電路，SCI串口通訊模塊、電機驅動模塊以及各部分信號調理電路。軟件部分完成了 DSP主程序設計、中斷處理程序設計、以及各環(huán)的控制算法程序設計。其中控制算法程序是系統(tǒng)的核心，參照仿真實驗，舵機系統(tǒng)的電流環(huán)和速度環(huán)采用 PI控制算法，位置環(huán)實現(xiàn)了DSP的PID控制算法與模糊PID控制算。最后，對舵機系統(tǒng)進行軟硬調試，并在所設計的電動舵機樣機上對不同控制算法進行了對比實驗，實驗結果與仿真結果基本相吻合，模糊