一种数字化舵机控制系统的设计

发布时间：2020-11-14 05:24

　　 本文主要是针对主要基于DSP的数字舵机控制系统进行阐述。所谓舵机就是飞机在飞行控制系统中的一种执行机构,飞机在空中的飞行轨迹都是靠舵机带动舵面来实现的,其性能的好坏直接影响飞机的性能。通常情况下舵机主要由无刷直流电机、控制器、舵机机械结构、传感器四部分组成,其中控制器是舵机的核心组成部分~([1])。文章以某型飞机的舵机控制为背景,通过实际现场对新型全数字电动舵机控制系统的设计需求,结合某型飞机的特点以及对舵机的高性能要求,设计出了一套基于DSP的数字舵机控制系统。通过对系统的分析,了解了其结构组成、控制方案、控制器软硬件设计等问题。因此本文将从以下几个部分开始对数字舵机控制系统进行研究和设计。首先,通过对现状的分析,提出要设计一种数字化程度高的舵机控制系统来满足飞机的精准控制;同时,通过对系统的分析,找出系统所用的一些指标,并根据指标进行系统的总体设计。其次,根据现有舵机的基本组成部分,开始对舵机控制系统的硬件进行设计。舵机控制采用2位定点DSP(数字信号处理器芯片)TMS320F2812~([2]),搭配Alter公司生产的EPM系列CPLD做为控制核心~([3])。通过对硬件中长时间受力的部件进行ANSYS的强度分析,判断其是否满足现场的强度要求。还根据各个硬件功能模块对电源的不同需求设计相应的电源处理电路。同时在进行了硬件设计后,通过对舵机系统的进行控制的总体要求分析,设计出一种满足系统要求的上位机软件。飞机驾驶者可以利用上位机软件控制舵机动作,从而控制飞机的飞行。舵机控制系统的软件包含BIT软件和应用软件两部分内容。BIT软件在后台运行,对伺服回路进行监控,并将检测到的回路状态及故障信息上报上位机。应用软件由系统管理、控制律计算、任务管理、伺服回路自监控等功能模块组成~([4])。应用软件根据采集的伺服回路状态信号、上位机指令、监控结果进行逻辑和伺服回路控制律计算,将计算出的控制指令发送给功率驱动模块控制电机转动完成对伺服回路的闭环控制。最后,在进行软硬件设计的同时,建立伺服回路数学模型进行仿真可以对系统的控制律进行设计,并通过仿真中对参数进行调整可以预设伺服回路系统的控制律参数。由于数学模型与工程实践不可避免的存在一些差异,在实际应用过程中,通过舵机伺服回路系统联试试验再调整控制律参数,以满足舵机系统的性能要求。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V249.1;TP273
【部分图文】：

舵机控制系统的硬件设计舵机控制器主要由主控板卡、电机驱动板卡组成。其中，主控板卡为该系统的核心部分，负责算法的执行。PC 机用于模拟弹上计算机生成目标位置命令，通过通信传送到本文设计的舵机控制板卡中，主控板卡将采集到的舵机实时位置数据，与上传来的位置指令数据，代入到一定的控制算法中进行运算。舵机控制系统由控制部分、执行部分、处理和显示部分组成。图 3.1 是舵机控制系硬件简图。兰州交通大学工程硕士学位论文

图 3.2 主控板结构图 芯片的选用目前成熟的方案，选定 TI 公司的 TMS320F2812 作为主控芯片，主频具备 I2C、SPI、CAN、PWM 等总线接口；适用于各种控制类工业设备能强、便携性高，同时适用于多种手持设备；符合高低温、振动测试，用。和许多其它种类一样，采用经典的哈佛总线结构，利用多总线在存和之间转移数据[10]。程序读总线有根地址线和犯根数据线，数据读、写种多总线结构使得它可以在一个周期内并行完成取指令、读数据和写数用了指令流水线技术，使得信号的处理速度明显提高[11]。

图 3.2 主控板结构图选定 TI 公司的 TMS320F2812 作AN、PWM 等总线接口；适用于各时适用于多种手持设备；符合高一样，采用经典的哈佛总线结构。程序读总线有根地址线和犯根数可以在一个周期内并行完成取指，使得信号的处理速度明显提高
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本文编号：2883135