数字化电动舵机控制器的设计与研究

1、 基于DSP的全数字化电动舵机控制器的设计与研究 作者： 作者单位： 章家保， 贾宏光， 宣明 章家保(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033 中国科学院研究生院 ,北京 100039， 贾宏光,宣明(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033 相似文献(10条 1.学位论文 崔华阳 电动舵机动态加载仿真控制方法研究 2006 本文针对电动舵机液压加载系统的设计与实现进行了研究。首先建立了加载系统的数学模型，并在单通道加载模型的基础上分析了加载系统的动态 特性。 阐述了强位置干扰产生的机理，分析了影响位置干扰的因素，并采用前馈补偿原理对其进行了前馈

2、补偿，从根本上来减小位置干扰的影响。利用 Matlab软件对采用前馈补偿原理对强位置干扰的影响做了数字仿真。仿真结果表明，采用的控制策略是可行的。 理论上采用前馈补偿方法可消除位置干扰，但补偿器中的高阶微分在物理上难以实现。另外，电液伺服系统的非线性、参数不确定性因素也使得该 控制方法的实际效果变差，难以达到较高的设计要求。 针对传统控制方法的缺陷，将经典控制理论与GCMAC神经网络相结合，提出一种基于GCMAC神经网络的最优控制策略，并证明该闭环系统具有渐近稳 定性。将该控制策略应用于电液伺服加载系统的仿真表明，该控制策略是有效的。控制系统动态性能较纯经典控制有了明显改善，对系统非线性和参数

3、 不确定性有较强的自适应性。 根据所研究的控制理论设计了上下两级集散计算机控制系统，分别从硬件和软件两个方面介绍了整个加载系统的实现，对系统在具体实现过程中存 在的工程问题以及解决方法做了介绍。 最后给出了系统各项性能指标的测试方法、测试结果以及测试结论。测试结果表明系统基本满足设计指标要求。 2.期刊论文 张新华.ZHANG Xin-hua 完全双余度电动舵机系统的研究与设计 -微电机2006,39(2 飞行器的快速发展要求其控制系统具有高精度、高灵敏度及高可靠性.舵机系统是飞行自动控制系统不可缺少的关键组成部分,能否可靠工作直接决 定飞行器的安全飞行,因此,要提高飞行器整机工作的可靠性,就

4、必须提高舵机系统的可靠性.余度技术可以在相对降低对元器件的要求的同时,有效提高系 统可靠性.因此,提高舵机系统可靠性的有效途径之一就是增加舵机系统的余度.该文针对并行/主动式余度作动系统提出基于电流迭加的离合器控制方案 和基于机械运动合成的差动周转轮系控制方案,并指出各自的特点和控制策略.这两种控制方案均有效地解决了两舵机间的负载均衡和力纷争的问题,使得 完全双余度电动舵机的实现成为可能,可靠性得以大大提高. 3.学位论文 骆光照 电动舵机的鲁棒控制研究 2003 该文主要研究了基于正弦波永磁同步电机(PMSM及有限转角力矩电机(LATM驱动的电动舵机的鲁棒控制策略.针对电动舵机存在的易受参数

5、摄动及负 载扰动影响、刚度较差的特点,采用鲁棒控制理论,对电动舵机控制系统设计理论及方法进行了深入研究.该文的主要工作包括以下几个方面:1.系统描述 了两种不同类型的电动舵机的结构、工作原理,分析了其负载特性及机械特性,并着重讨论了链接力矩对舵机动、静态特性的影响.在此基础上,研究了舵 回路的构成及其反馈方式.2.建立了基于PMSM及LATM不同驱动类型电动舵机的数学模型.研究了PMSM的矢量控制方法,通过分析得出电流矢量解耦实际上一 种近似的线性化的静态解耦控制,是一种不完全解耦.3.系统研究了鲁棒H<,>控制问题.讨论了如何将一个存在参数不确定性的鲁棒H<,>控制问

6、题转化 为一个标准H<,>控制问题进行求解的方法,给出了非匹配干扰下的鲁棒H<,>控制问题的一般情形的证明.4.研究了电动舵机的H<,>鲁棒控制方法.提 出了三种结构的二自由度鲁棒控制策略,并得到了仿真验证.5.运用线性矩阵不等式方法,系统分析了标准H<,2>/H<,>混合控制问题及鲁棒 H<,2>/H<,>混合控制问题,探讨了满足给定的扰动衰减度和性能约束的保性能控制律及最优保性能控制律的设计方法.6.研究了基于鲁棒 H<,2>/H<,>混合控制理论的电动舵机的控制器设计方法,通过合理

7、选择状态变量及定义外部扰动参数,以及对各系数矩阵参数的调节方法研究,得到了较 好的仿真结果.7.研究了两种PMSM转子位置估计的方法,并进行了仿真验证.探讨了一种转子初始位置的确定原理及方法.提出了一种改进的基于直流回路 母线电流的相电流、相电压重构方法.8.设计了电动舵机驱动器硬件,给出了各组成部分的线路原理图.对系统中采用的空间矢量脉宽调制(SVPWM的原理 及生成方法进行了分析及探讨. 4.期刊论文 王灿.马瑞卿.谭博.李玲娟.WANG Can.MA Rui-qing.TAN Bo.LI Ling-juan 直流电动舵机伺服作动系统 研制 -微特电机2008,36(10 介绍了一种采用P

8、WM调制芯片、放大器、比较器、分立元件及硬件逻辑门芯片组成的直流电动舵机伺服作动器,并给出了系统控制策略、传递函数和 硬件实现电路.伺服系统采用位置-速度-电流三环串级控制方案,控制电路简单、可靠.实验证明,该作动器结构紧凑、性能较高,且运行稳定,达到直流电 动舵机的高频响要求. 5.学位论文 邱红岗 基于BP神经网络的电动舵机动态加载控制方法研究 2007 本文针对电动舵机动态加载系统的控制策略进行了研究与设计。 论文首先建立了加载系统的数学模型，并在单通道加载模型的基础上分析了加载系统的动态特性。加载系统最为关键也最难解决的问题就是如何减 小强位置干扰，这也是评价加载系统品质的一个重要指标

9、，因此如何设计控制策略来减小强位置干扰是一个很关键的因素。 论文阐述了强位置干扰产生的机理，分析了影响位置干扰的因素，并采用前馈补偿原理对其进行了前馈补偿，从根本上来减小位置干扰的影响。利 用Matlab软件对采用前馈补偿原理来消除强位置干扰的影响做了数字仿真，仿真结果表明采用的控制策略是可行的。理论上采用前馈补偿方法可消除位 置干扰，但补偿器中的高阶微分在物理上难以实现。另外，电液伺服系统的非线性、参数不确定性因素也使得该控制方法的实际效果变差，难以达到较 高的设计要求。 针对传统控制方法的缺陷，将经典控制理论与BP神经网络相结合，提出一种基于BP神经网络的最优控制策略，并证明该闭环系统具有

10、渐近稳定性。 将该控制策略应用于电液伺服加载系统，仿真表明该控制策略是有效的，控制系统动态性能比纯经典控制有了明显改善，对系统非线性和参数不确定性 有较强的自适应性。 论文最后给出了系统各项性能指标的测试方法、测试结果以及测试结论，测试结果表明系统能够满足设计指标要求。 6.期刊论文 曹菁.朱纪洪 基于MSP430的无刷直流电动机控制系统研究 -电气应用2005,24(8 针对小功率电动舵机,介绍了一种利用MSP430实现的稀土永磁无刷直流电动机控制系统,简述了以MSP430F149为核心的控制系统的组成原理、硬件设 计方案和控制策略等,并给出了以无刷直流电动机为驱动部件的电动舵机三闭环控制系

11、统调节方式.仿真及实验结果表明该系统具有很好的控制性能和动 态特性. 7.学位论文 韩莹 基于DSP的直流无刷电机舵机位置伺服系统的性能研究 空空导弹是现代化战争中夺取制空权，取得战争胜利的重要武器装备之一。舵机作为空空导弹的重要组件，既是导弹制导系统的执行机构，又是导 弹制导回路的重要组成部分。 当今，舵机正在向全电化、数字化和智能化方向发展。数字化电动舵机与传统的舵机相比，更易实现先进的控制方案，具有性能好、易维护、可靠 性高等优点，已成为未来空空导弹舵机发展的方向。作为飞行系统的执行部件舵机，其性能在整个系统中起着举足轻重的作用。它不仅体积小，重量 轻，工作可靠，控制简单，而且要有较高的

12、定位精度和较快的跟踪速度。本课题研究的目的是设计和实现数字化舵机原理样机，力求运用现代控制方案 ，提高舵机整体性能。 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TMS320LF2407A DSP的导弹舵机的伺服系统，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。 本文首先综述了目前国内外的舵机的发展概况及趋势，简要介绍了无刷直流电机的结构和工作原理，分析了无刷直流电机的控制策略。并根据无刷 直流电机的数学模型建立了电动机在Matlab/Simulink平台上的模型，进行了数字仿真，根据舵机系统指标要求设计了控制器。在舵机控制系统的硬件基 础上完成

13、了系统软件设计，并采用了位置环、转速环和电流环的三环控制算法实现了舵机位置伺服功能。完成了舵机系统的实现和性能测试。测试结果 表明，本文所提出和设计的控制方案，是可行的，达到了设计任务的要求。 8.期刊论文 张福斌.徐德民.严卫生.高剑.ZHANG Fu-bin.XU De-min.YAN Wei-sheng.GAO Jian 基于PC104的水下航 行器电动伺服机构设计 -弹箭与制导学报2005,25(1 应用PC104设计了直流电机作为驱动电机的水下航行器电动伺服装置,详细介绍了系统的组成原理、硬件设计及控制策略.试验结果表明,此系统具有 良好的静态和动态特性. 9.学位论文 林忠万 基于

14、DSP的导弹舵机伺服控制系统的研究 2004 导弹舵机是导弹飞行控制系统的执行机构,导弹的各种姿态运动都是靠舵机带动舵面偏转来实现的.该文研究了新型全数字导弹电动舵机伺服控制系 统的设计问题,该系统使用了高性能数字信号处理器(DSP和脉宽调制(PWM技术实现四台无刷直流电机(BLDCM的集中控制.论文在分析了舵机系统的工作 原理基础上,重点研究了BLDCM的调速方法与控制策略,对BLDCM的转矩脉动产生原因及其抑制方法也进行了详细分析与探讨,给出了单DSP控制四个相互独 立工作舵机的控制算法,并提出了整个舵机位置伺服控制系统的设计方案.其次论文在详细介绍舵机控制系统的硬件设计基础上,完成了系统软件设计,并 采用了位置环、转速环和电流环的三环控制算法实现了舵机位置伺服功能,对传统PID和比例模糊PID控制算法在舵机控制系统中的实际应用效果进行 了比较分析.最后该文分析了影响系统性能的各种因素,并对此提出了具体的改进措施.