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基于DSP的轴对称矢量喷管数字控制系统设计技术研究

作　者: 汤宇红
导　师: 黄大贵；王戈一
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 轴对称矢量喷管数字控制器 DSP PID算法建模仿真
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本课题结合某型中等推力发动机矢量喷管控制需求,以轴对称矢量喷管为基础,确定了基于DSP的矢量喷管控制系统总体方案,并着重进行了控制系统的方案设计与数字仿真。本文通过分析国内外推力矢量控制技术的发展现状,总结了当前推力矢量控制技术存在的问题及技术难点;建立了轴对称矢量喷管控制系统的框架结构,阐明了控制系统各组成部分的主要功能;通过合理的简化方法对矢量喷管控制机构的运动规律进行深入分析,建立了满足精度和实时性要求的矢量喷管控制机构的运动学模型。利用该模型进行了各作动筒位移量与喷管喉道面积、喷管出口面积、偏转方位及偏转角的稳态、动态仿真。在控制系统数学模型的基础上,提出了适合本控制对象的轴对称矢量喷管嵌入式数字控制系统的设计方案。完成了以TM320F2812为核心处理器的控制器的硬件电路及基于PID算法的软件结构和控制流程的设计。并初步对控制系统的性能进行了分析,可以满足轴对称矢量喷管的控制要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 推力矢量控制  9-10
  1.2 推力矢量控制技术在国内外的发展  10-12
  1.3 论文的研究内容和思路  12-14
第二章轴对称矢量喷管控制系统总体方案设计  14-19
  2.1 轴对称矢量喷管（AVEN）  14
  2.2 矢量喷管对控制系统的要求  14-15
    2.2.1 主要功能要求  14-15
    2.2.2 主要技术指标  15
  2.3 轴对称矢量喷管控制系统方案  15-17
    2.3.1 矢量喷管控制系统组成  16-17
    2.3.2 系统工作原理  17
  2.4 轴对称矢量喷管控制系统余度设计  17-18
  2.5 本章小结  18-19
第三章矢量喷管运动机构数学模型及数字仿真  19-41
  3.1 轴对称收－扩矢量喷管组成  19-20
  3.2 A9 作动系统运动原理  20-21
    3.2.1 非矢量运动  21
    3.2.2 矢量运动  21
  3.3 轴对称矢量喷管运动机构模拟  21-24
    3.3.1 A8 喉道面积控制  22-23
    3.3.2 矢量与A9 作动筒位移的关系  23-24
  3.4 操纵遥杆控制的数学模拟  24-25
  3.5 电液伺服阀和位置控制机构的数学模型  25-30
    3.5.1 结构和原理  25-26
    3.5.2 电液伺服阀第一级结构数学模型  26-27
    3.5.3 电液伺服阀第二级结构和作动筒联立得数学模型  27-30
  3.6 系统传递函数  30-34
    3.6.1 作动筒传递函数  30-32
    3.6.2 电液伺服阀的传递函数  32-34
    3.6.3 位置测量环节的传递函数  34
  3.7 矢量喷管数控系统数字仿真  34-40
    3.7.1 矢量喷管数控系统仿真流程  34-35
    3.7.2 MATLAB 仿真环境  35
    3.7.3 矢量喷管数控系统仿真模块的建立  35-36
    3.7.4 矢量喷管作动执行伺服系统仿真  36-38
    3.7.5 矢量喷管的矢量角、偏航角与作动筒位移量的关系  38-40
  3.8 本章小结  40-41
第四章矢量喷管控制系统硬件设计  41-62
  4.1 执行机构  41
  4.2 电液伺服阀  41-44
    4.2.1 电液伺服阀选型  41-42
    4.2.2 FF102 电液伺服阀的工作原理  42-43
    4.2.3 FF102 电液伺服阀特性  43-44
  4.3 测量反馈元件  44-47
    4.3.1 A8 传感器选型  44-45
    4.3.2 RVDT 位移传感器调理电路  45
    4.3.3 RVDT 的调理电路设计  45-47
    4.3.4 A9 传感器选型  47
  4.4 电子控制器微处理器的选择  47-51
    4.4.1 数字信号处理技术简介  47
    4.4.2 矢量喷管数字控制器的CPU 选择  47-48
    4.4.3 TMS320F2812A DSP 的特点  48-49
    4.4.4 TMS320F2812 最小系统实现  49-50
    4.4.5 控制器开发工具  50-51
  4.5 电子控制器硬件设计  51-61
    4.5.1 电源系统  52-53
    4.5.2 存储器扩展  53-54
    4.5.3 通讯模块  54
    4.5.4 模拟量输入模块  54-57
    4.5.5 模拟量输出模块  57-58
    4.5.6 电液伺服阀驱动电路  58-59
    4.5.7 开关量输入模块  59-60
    4.5.8 开关量输出模块  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章矢量喷管控制器软件设计  62-73
  5.1 DSP 的软件设计  62-63
    5.1.1 DSP 的软件开发环境  62-63
    5.1.2 DSP 程序设计的特点  63
    5.1.3 C 语言的模块化设计  63
  5.2 矢量喷管控制器底层软件设计  63-69
    5.2.1 A/D 转换单元  64-65
    5.2.2 定时器单元  65
    5.2.3 系统控制单元  65-66
    5.2.4 中断控制  66-67
    5.2.5 D/A 转换单元  67-68
    5.2.6 SCI 通讯模块  68-69
  5.3 矢量喷管控制器应用软件设计  69-71
    5.3.1 矢量喷管的主程序流程  69-70
    5.3.2 PID 算法流程  70-71
  5.4 上位机软件设计  71-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-75
  6.1 结论  73
  6.2 课题展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
附录矢量喷管控制系统原理总图  79-80
在学期间取得的研究成果  80-81

基于DSP的轴对称矢量喷管数字控制系统设计技术研究

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