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《基于dsp的全數(shù)字化電動(dòng)舵機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間機(jī)電與空間光學(xué)專業(yè)委員會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)基于DSP的全數(shù)字化電動(dòng)舵機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與研究章家保1’2，賈宏光1，宣明1(1．中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春130033；2．中國科學(xué)院研究生院，北京100039)摘要：為適應(yīng)飛行器系統(tǒng)全數(shù)字化的要求，進(jìn)行了電動(dòng)舵機(jī)控制器全數(shù)字化的方案設(shè)計(jì)，并對(duì)其控制策略和控制算法進(jìn)行研究。首先，以DSP為中央控制單元，增量式光電編碼器為角度傳感器，CAN總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信方式，設(shè)計(jì)了全數(shù)字化的電動(dòng)舵機(jī)控制器方案。然后對(duì)電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的三種控制策略進(jìn)行了對(duì)比分析與研究。結(jié)合本方案
2、的特點(diǎn)。選擇了位置環(huán)加速度環(huán)的雙環(huán)控制策略。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了控制器的軟硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為45．8ms，調(diào)節(jié)時(shí)間為85．6ms，超調(diào)量為4．o％。滿足了預(yù)期的性能指標(biāo)，為電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)的研究提供了新思路。具有良好的工程實(shí)踐價(jià)值。關(guān)t詞：電動(dòng)舵機(jī)；控制策略；全數(shù)字化DSP中圈分類號(hào)：TH74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言隨著高新技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用，有力地促進(jìn)了飛行器的系統(tǒng)化和精確化，對(duì)其性能要求越來越高。舵機(jī)是飛行器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其接收自動(dòng)駕駛儀的控制指令，用以操縱舵翼
3、的偏轉(zhuǎn)，其性能的好壞直接決定著飛行器飛行過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)[1{]。電動(dòng)舵機(jī)簡(jiǎn)單可靠、工藝性好、使用維護(hù)方便、能源單一、成本低廉、易于控制等特性引起了人們的廣泛注意和深入研究，并且在飛行器上得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，也使得舵機(jī)等伺服系統(tǒng)的模塊化和全數(shù)字化更容易實(shí)現(xiàn)，使長期以來建筑在現(xiàn)代控制理論或其他一些復(fù)雜控制算法基礎(chǔ)上的控制原理得以快速在線計(jì)算及進(jìn)行優(yōu)化處理。數(shù)字式舵機(jī)的控制精度高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、參數(shù)便于調(diào)整和優(yōu)化和容易實(shí)現(xiàn)自檢功能等優(yōu)點(diǎn)與基于模擬電路實(shí)現(xiàn)的舵機(jī)相比具有更大的優(yōu)越性。因此本文提出了基于DSP的全數(shù)字舵機(jī)控制
4、器，充分利用其豐富的周邊接口，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。2電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)基本原理舵機(jī)系統(tǒng)主要由舵機(jī)控制器和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，4個(gè)舵機(jī)分別安裝在飛行器尾部互相垂直的4個(gè)方向上。正常工作時(shí)，舵機(jī)控制器接受自動(dòng)駕駛儀給定的舵偏信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)，保證舵面以一定的速度和精度趨近給定舵偏角，同時(shí)將當(dāng)前舵面的實(shí)時(shí)偏轉(zhuǎn)角反饋給自動(dòng)駕駛儀。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)和減速器組成。無刷直流電機(jī)保持了傳統(tǒng)直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，性能較傳統(tǒng)的直流電機(jī)有很大提高，具有低噪聲、高效率、無勵(lì)磁需要、易維護(hù)、壽命長、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[3]，在電動(dòng)舵機(jī)中獲得較廣泛的應(yīng)用。減
5、速器有多種方式，在電動(dòng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中較多采用的是諧波齒輪減速器和滾珠絲杠減速器。諧波齒輪n3傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比大(50—500)，同時(shí)參與嚙合的齒對(duì)數(shù)多、承載能力大、體積小、重量輕、傳動(dòng)效率較高、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、易于實(shí)現(xiàn)零側(cè)隙傳動(dòng)；傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊、噪聲低。因而，很適合在電動(dòng)舵機(jī)伺服機(jī)構(gòu)中傳遞運(yùn)動(dòng)。在電動(dòng)舵機(jī)中，若采用滾珠絲杠傳動(dòng)口]，一般將絲杠與電機(jī)軸相連，推動(dòng)螺母做直線運(yùn)動(dòng)，通過撥叉連接舵機(jī)軸，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)的角位移輸出。滾珠絲杠減速器具有傳動(dòng)效率高、減速比大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。缺172中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間
6、機(jī)電與空間光學(xué)專業(yè)委員會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)點(diǎn)是由于采用撥叉連接，輸入輸出是一個(gè)正切關(guān)系，其減速比非一個(gè)固定值，但在小角度范圍內(nèi)，可視為線性關(guān)系。本方案電機(jī)選用的是無刷直流電機(jī)，減速器采用的是諧波齒輪減速器，如圖1所示。圖1舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖3數(shù)字化電動(dòng)舵機(jī)控制器總體方案設(shè)計(jì)舵機(jī)系統(tǒng)控制器主要由中央控制單元、高速邏輯陣列、功率驅(qū)動(dòng)電路、三相逆變電路、舵面偏轉(zhuǎn)角度傳感器和保護(hù)電路等組成。圖2是某電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)控制器原理圖‘6
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8、圖2電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)控制器原理圖3．1中央控制單元早期的中央控制單元主要是由80C51或89C196K等單片機(jī)系統(tǒng)組成[7’8]，由于其運(yùn)算速率較低，處理能力有限，現(xiàn)逐步被數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)代替，DSP在工作頻率和處理能力上都較單片機(jī)優(yōu)越。其中以德克薩斯公司的TMS320系列為代表，DSP芯片已發(fā)展成系列產(chǎn)品。開始應(yīng)用于舵機(jī)控制器的DSP以TMS320LF2407為主，隨著TI公司技術(shù)的不斷升級(jí)，高性能的TMS320F2812DSP越來越被廣泛的應(yīng)用于舵機(jī)控制器。3．2高速邏輯陣列高速邏輯功能如圖3所示。無刷直流電機(jī)因其沒有電刷，其換向控制必
9、須由外換相電路來完成。換相電路可以是由分立的邏輯芯片組成的邏輯電路、中央控制單元或者邏輯陣列?；诔杀尽⒖煽啃院吞幚硭俣鹊纫蛩氐目紤]，選擇高速邏輯陣列
