1  电动舵机的应用研究进展

    西方国家最早对电动舵机进行了研究，现在不少国家已经在制导炮弹上使用了电动舵机，代表产品有美国的神剑精确制导炮弹、铜斑蛇制导炮弹，意大利奥托。梅莱拉公司研制的陆军155毫米火炮研制火山系列远程炮弹等[6,7,8]。以铜斑蛇制导炮弹为例，为了减小炮射时的高冲击和加速度过载的影响，该弹在发射时舵机系统并不激活，只有当炮弹射出后，对加速敏感的弹上热电池才被激活，向舵机控制系统供电；另外，在装载舵机控制系统时采用塑料注膜，并对电子线路采用固封加固技术以加强其抗高过载能力[9]。 82752

我国的电动舵机的研究开始于上世纪末，当时国内的电动舵机大多是采用纯硬件组成的有刷直流电机作为驱动控制，但该类电机的电刷结构存在很多缺陷，制约了电动舵机系统的综合性能。

后来，我国开始了对无刷直流电机的研究，如西安微电机研究所研制的45ZW-1、70ZW-1系列产品，上海交通大学研制的卫星上专用的无刷直流电机，其中的一些小功率电机（几十瓦到几百瓦）已经转向生产[1]。

近年来，DSP、ARM技术的发展使全数字化无刷直流电动舵机控制成为主流，尤其是滑模控制、模糊PID控制、神经网络控制等现代控制理论中的一些经典控制算法在舵机控制系统中得到大量应用，逐步优化和改善了电动舵机控制系统的性能。其中代表产品有国155mm精确制导炮弹、122mm末制导炮弹。论文网

2  电动舵机PID控制算法研究进展

传统的舵机一般都采用PID控制。经典的PID算法由比例环节、积分环节和微分环节构成，常常用于控制连续系统，工程应用范围极广。传统PID控制通常以牺牲系统的动态性能来满足系统的鲁棒性要求，它的结构简单，可以在系统准确的数学模型无法获得时使用，而且控制参数易调整，硬件部分易实现，并且人们在长期应用中积累了丰富的经验，因此PID控制器在制导炮弹中得到了广泛应用，对于性能要求不高的舵机控制还是能满足设计指标的[10,11]。然而经典PID也有一定的局限性，其整定方法精度较低，调试时间长，特别是采用试凑法的情况下，有时很难找到合适的控制参数，难以满足目前对系统自动化的要求[12,13]。另外，当被控量波动较大，尤其是PID过程控制开始时刻的偏差值较大时，积分项会使系统在消除偏差时产生较大超调和长时间振荡，对于一些变化缓慢的过程，这种现象更严重[14]。在制导炮弹舵机控制器设计过程中需要设计三闭环控制，即位置环、速度环和电流环控制[15,16,17]。为防止在上述情况下发生积分项失控，本文采用一种改进型PID算法—积分分离PID。论文网

3  电动舵机控制系统硬件研究进展

电动舵机控制系统硬件有8位单片机、ARM、DSP等，目前大多数电动舵机控制系统使用ARM和DSP[18,19,20]。下面分别介绍这几种硬件的特点。单片机虽然结构简单，但考虑到舵机控制器算法的复杂性，硬件调试需要外设处理接口，因此单片机不适合作为舵机控制器硬件。ARM微处理器采用的是RISC架构，它体积小、功耗低、性能高、成本低，具有多个协处理器接口，可连接多个具有不同功能的协处理器，大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行数据更快[21]。比较DSP，ARM具有比较强的事务管理功能，可以跑界面和应用程序,并预留大量外接处理端口，人机交流能力强，其优势主要在于控制；而DSP具有较强的计算功能，比如进行加密解密、调制解调等，其优势主要在于数据处理能力[22,23]。另外，市场上ARM内核价格比DSP内核低。基于ARM的以上优势，尤其是它的外部接口资源丰富，本文采用LPC2292型ARM开发板作为舵机控制系统的硬件组成部分。