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多电机组合电动舵机的研究

作　者: 程鹏飞
导　师: 李铁才
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电动舵机多电机齿隙 PID控制 FPGA
分类号: U664.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 183次
引　用: 1次
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内容摘要

舵机系统作为高精度的位置伺服系统,主要应用于航天及军事等一些特定场合。无刷直流电机以其性能优异、控制方便等特点已经成为电动舵机的主要驱动力。但是目前大多数的电动舵机由于减速箱的存在而使整个舵机系统具有很强的非线性,使得电动舵机控制方法复杂,效果不能令人满意,而且体积较大出力较小,为此我们提出一种新的舵机系统——多电机组合电动舵机系统。本文以多电机在电动舵机中的应用为工程背景,以多个无刷直流电机联动运行为研究对象,采用FPGA作为主控制器,研究并实现了电动舵机控制系统的多电机联动控制。论文首先在对无刷直流电机数学模型进行深入分析的基础上,构建出单轴舵机系统的MATLAB的仿真模型,验证并探讨电动舵机的控制策略,对电动舵机系统各个环节进行分析,选用合适的控制算法。其次,在分析单轴无刷直流电动舵机系统的基础上,建立了多电机舵机控制系统模型,构建多电机运行的MATLAB仿真模型,并对多电机的主从式和交叉耦合式两种控制方式进行比较分析,为实现电动舵机的多电机联动运行的实验研究提供了理论依据。同时分析多电机的安装结构,并在此基础上分析齿隙对系统的影响和消除齿隙的方法。最后,论文对基于多电机联动的电动舵机系统进行软硬件设计,主要为基于FPGA的无刷直流电机控制系统设计,在此基础上对实验样机进行调试,并与理论分析、仿真结果进行对比,分析实验结果,验证所设计系统是否达到设计的初衷,验证我们提出的消除齿隙的方法是否可行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 电动舵机及多电机的发展概况  9-11
  1.3 多电机舵机控制的研究  11-14
    1.3.1 主从式控制  12
    1.3.2 交叉耦合式控制  12-13
    1.3.3 预紧力消除齿隙  13-14
  1.4 本文研究的主要内容及安排  14-15
第2章无刷直流电机的数学模型及控制策略  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 无刷直流电机的数学模型  15-18
  2.3 无刷直流电机的MATLAB 建模与仿真  18-22
  2.4 舵机用无刷直流电机控制策略的研究  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章多电机同步控制策略的研究  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 多电机的数学研究  24-32
    3.2.1 主从式控制  24-28
    3.2.2 交叉耦合式控制  28-32
  3.3 多电机的仿真分析  32-37
    3.3.1 主从式控制  32-35
    3.3.2 交叉耦合式控制  35-37
  3.4 多电机结构与齿隙分析  37-40
    3.4.1 结构分析  37-38
    3.4.2 齿隙分析与消除  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章控制系统设计  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 控制系统硬件设计  41-46
    4.2.1 系统控制器电路设计  41-43
    4.2.2 电源模块  43-44
    4.2.3 A/D 转换模块  44
    4.2.4 驱动模块  44-46
  4.3 控制系统软件设计  46-51
    4.3.1 无刷直流电机开环控制  46-48
    4.3.2 PI 控制算法  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章多电机舵机系统实验结果及分析  52-61
  5.1 引言  52
  5.2 系统实验设备  52-56
  5.3 试验结果及分析  56-60
    5.3.1 阶跃给定跟踪  56-57
    5.3.2 正弦给定跟踪  57-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-67
致谢  67

多电机组合电动舵机的研究

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