学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

联合直接攻击炸弹（JDAM）电动舵机控制系统的设计

作　者: 鲍文亮
导　师: 黄显林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: Navigation, Guidance and Control
关键词: 精确制导炸药电动舵机功率驱动数字信号处理器频域设计法
分类号: TJ414
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 394次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本论文的主要研究内容是针对某型号的联合直接攻击炸弹(JDAM)开发一套适用于此弹体结构的电动舵机控制系统。舵机系统是一个高精度的角位置伺服系统,它根据制导计算机给出的指定偏角信号操纵舵面完成相应的偏转,从而改变弹体的航姿或航行轨迹,以达到控制弹体飞行及精确导引整个弹体攻击目标的目的。其特性是精度高,带宽高,体积小,负载大。本文首先提出了直流电机驱动、锥齿轮换向及谐波传动减速的系统整体设计方案。在此基础上,本文利用直流电动机的电压平衡方程、转矩平衡方程以及转矩、转动惯量的折算方法,建立了整个系统的数学模型。接下来本文设计了系统的硬件电路,具体包括电机功率放大电路,PWM信号隔离电路,报警电路,保护电路,制动电路,控制器电路,通信接口电路,信号检测电路等。这为系统的软件包括控制算法的实现提供了物理基础。从而本文进一步设计了控制器计算机和指令计算机的软件体系。具体包括对DSP芯片的编程以实现舵面位置信号检测,电枢电流检测,位置环、电流环控制算法实现,PWM信号的产生和输出,数据通信和报警监测等任务;对上位机编程以便于模拟制导计算机、监测舵机状态和提供用户操作测试平台。最后,本文建立了整个电动舵机控制系统的方框图并确定了系统中的有关参数。由此,在传递函数的基础上,本文进行由内环到外环的设计过程。我们从频域法的角度,分析了如何根据系统的指标要求,确定开环增益、带宽、相位裕度等参数,从而得出系统的期望开环频率特性。由此,求出了相应的控制器,并对系统进行了数值仿真,以验证本文所设计的控制系统可以满足指标要求及设计过程的合理性与有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景  9
  1.2 舵机的国内外研究概况  9-12
  1.3 本论文研究的内容  12-13
第2章电动舵机系统整体方案设计  13-24
  2.1 引言  13
  2.2 技术指标  13
  2.3 舵机伺服系统的组成  13-15
    2.3.1 系统概述  13
    2.3.2 执行机构和传动机构  13-14
    2.3.3 控制单元  14-15
  2.4 伺服电机及减速器的确定  15-16
  2.5 电动舵机系统数学模型的建立  16-23
    2.5.1 直流电动机的电磁转矩与电枢反电势  16-18
    2.5.2 直流电动机的电压平衡方程  18
    2.5.3 直流电动机的转矩平衡方程  18-19
    2.5.4 工作机构转矩、转动惯量的折算公式  19-20
    2.5.5 电动舵机系统的数学模型  20-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章电动舵机系统硬件体系的设计  24-42
  3.1 引言  24
  3.2 功率放大电路设计  24-28
    3.2.1 脉宽调制型（PWM）功率放大器  24-26
    3.2.2 功率器件的选择及电路设计  26-28
  3.3 PWM 信号隔离电路  28-30
  3.4 报警电路  30-31
  3.5 保护及制动电路  31-34
    3.5.1 保护电路设计  31-32
    3.5.2 制动电路设计  32-34
  3.6 控制器最小系统及其扩展电路  34-38
  3.7 通信接口电路  38-39
  3.8 信号检测电路  39-40
    3.8.1 电流检测电路  39-40
    3.8.2 舵面位置检测电路  40
  3.9 本章小结  40-42
第4章电动舵机系统软件体系的设计  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 存储器分配  42-45
    4.2.1 F2812 的存储器映射  42-44
    4.2.2 链接器定位段  44-45
  4.3 运行时支持库  45-46
  4.4 PWM 脉冲的产生  46-47
  4.5 程序结构、功能及流程  47-51
  4.6 上位机应用程序开发  51
  4.7 本章小结  51-52
第5章电动舵机系统控制器的综合  52-71
  5.1 引言  52
  5.2 电动舵机系统模型结构及有关参数的确定  52-55
    5.2.1 模型结构的确定  52-53
    5.2.2 有关参数计算  53-55
  5.3 电流环的设计  55-59
    5.3.1 电流环的结构及其简化条件  55-58
    5.3.2 电流环控制器的设计  58-59
  5.4 位置环的设计  59-70
    5.4.1 位置环控制对象传递函数的求取  59-60
    5.4.2 电动舵机系统期望开环频率特性的确定  60-64
    5.4.3 电动舵机系统控制器的确定  64
    5.4.4 电动舵机系统的仿真分析  64-66
    5.4.5 扰动力矩作用时系统的响应  66-67
    5.4.6 负载特性变化时系统的响应  67-70
  5.5 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-78
致谢  78

相似论文

基于DSP的永磁同步交流伺服电机控制系统研究,TM383.42
低损耗有源电力滤波器控制器设计,TN713.8
自主水下航行器组合导航算法研究与系统实现,U666.1
电动舵机系统的设计与试验研究,TJ765.3
基于DSP的单目视觉定位方法关键技术研究,TP391.41
手指运动姿态检测及对机械手的控制研究,R318.0
基于DSP的柑橘品质检测算法研究,TP391.41
多载波调制中的关键问题及实现,TN919.3
配电变压器监测终端的研究与设计,TM421
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的设计,TM921.541
基于滑模变结构PMSM无速度传感器直接转矩控制,TM341
无功补偿和谐波抑制的综合研究,TM714.3
燃料电池城市客车车用异步电机控制策略优化,TM343
一种用于介质损耗测量的变频电源的研制,TN86
无轴承永磁薄片电机有限元分析和转子振动补偿,TM351
基于高压共轨柴油机的电控系统开发与实验研究,TK423
纸币清分机控制与处理系统的研制,TH693.5
交直流磁轴承结构优化设计与驱动控制,TH133.3
智能火灾监控系统视频采集与处理模块的研制,TP391.41
基于TMS320C6713B浮点DSP的二维条形码识别系统设计和实现,TP391.44
基于DSP的运动目标检测系统的实现,TP391.41