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舵机电动复合加载系统的研究与实现

作　者: 朱水娟
导　师: 何平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 舵机加载 TMS320F2812 C++ Builder 前馈补偿 PID
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

舵机电动复合加载系统是在实验室条件下实现对导弹飞行过程中舵面所受负载的模拟,以完成飞行器的力矩和力加载,在半实物仿真条件下完成对舵机系统的性能测试。本文的电动舵机复合加载系统采用上位机和下位机结合的方式,既可保证系统对实时数据的高精度采样与处理,又实现了在C++ Builder环境下的友好人机交互界面。加载系统的下位机对舵机测试信号发生器与加载控制器进行单独设计,为减少信号间的相互干扰。测试信号发生器实现多路舵机的测试信号输出,而加载控制器则主要实现加载回路的力矩控制,使加载系统的输出力矩能够跟踪给定输入。选用TI公司的TMS320F2812DSP芯片为下位机的控制核心,详细介绍了测试信号发生器的以NCO(Numerical Controlled Oscillator)为基础的查表方法,实现多路不同形式与频率的高精度波形输出。上位机系统基于C++ Builder软件进行开发设计,实现人机交互界面的各项功能,包括数据显示、数据库管理、上下位机通信等功能。最后对电动加载系统进行了建模与仿真分析,以提前预知实物仿真台的工作特性。加载系统中的多余力对加载精度影响很大,论文采用了前馈补偿方法来抑制多余力矩。在加载回路采用PID控制策略,实现加载回路的输出实时跟踪给定命令。仿真结果表明,采用前馈补偿可从根本上减小外部位置干扰的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.2 加载系统的发展状况研究  11-15
    1.2.1 机械式加载系统  12-13
    1.2.2 电液式加载系统  13-14
    1.2.3 电动加载系统  14-15
  1.3 论文的主要研究内容  15-16
第2章电动加载系统的方案设计  16-25
  2.1 引言  16
  2.2 加载系统的总体结构  16-18
  2.3 电动加载系统的工作原理  18-19
  2.4 加载系统的主要性能指标  19-20
  2.5 加载系统的下位机设计  20-22
    2.5.1 测试信号发生器的设计方案  20-22
    2.5.2 加载控制器的设计方案  22
  2.6 上位机软件的设计方案  22-24
    2.6.1 软件开发环境简介  23
    2.6.2 上位机系统的设计方案  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第3章加载系统测试信号发生器的设计与实现  25-42
  3.1 引言  25
  3.2 测试信号板发生器的硬件实现  25-31
    3.2.1 DSP 最小系统及其外围电路  25-27
    3.2.2 电源设计  27-28
    3.2.3 串口通信模块  28-29
    3.2.4 D/A 转换器设计  29-31
  3.3 测试信号发生器的软件设计与实现  31-41
    3.3.1 DSP 软件开发环境  31-32
    3.3.2 串口通信的软件实现  32-35
    3.3.3 波形输出的软件实现  35-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章加载系统的上位机软件设计  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 上位机软件的需求分析  42-43
    4.2.1 上位机软件功能要求  42-43
    4.2.2 上位机的软件组成  43
  4.3 人机界面的实现  43-47
    4.3.1 用户登录界面  43-44
    4.3.2 监控界面  44-45
    4.3.3 参数设置界面  45-47
  4.4 数据库实现  47-52
    4.4.1 BCB 中的数据库连接实现  47-50
    4.4.2 数据表的E-R 模型与主键  50-51
    4.4.3 数据库中的SQL 语言  51-52
  4.5 数据通信实现  52-56
    4.5.1 实验中数据分类  53-54
    4.5.2 上下位机的通信协议  54
    4.5.3 上位机串口通信的程序设计  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章电动加载系统的建模与仿真  57-70
  5.1 引言  57
  5.2 电动加载系统的数学模型  57-62
    5.2.1 无刷直流力矩电机数学模型  58-59
    5.2.2 舵机的力矩输出模型  59-60
    5.2.3 PWM 驱动模块  60-61
    5.2.4 传感器的数学模型  61
    5.2.5 摆杆输出模块  61-62
  5.3 加载系统的多余力  62-65
    5.3.1 多余力的产生原因  63
    5.3.2 多余力的消除  63-65
  5.4 系统控制规律设计  65-67
    5.4.1 PID 控制原理  66
    5.4.2 PID 控制的软件实现  66-67
  5.5 系统仿真结果  67-69
  5.6 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78

舵机电动复合加载系统的研究与实现

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