1。3  本文主要研究内容及技术途径

1。3。1  研究内容

   (1)分析舵机控制系统的研究现状和不足之处,提出自己的新思路。

   (2)建立舵机控制系统的数学模型,基于PI、PID和积分分离PID算法,用Simulink对舵机控制系统模型进行模拟仿真,分析控制系统参数的调节方式和规律。

   (3)采用LPC2292型ARM开发板平台,设计舵机的硬件及软件部分,实现系统的软硬件联调。

   (4)基于舵机控制系统硬件和软件,将PID算法用于实际工程问题,通过舵机控制实验,得到不同信号输入条件下舵机的响应情况并分析实验结果。   

1。3。2  采用的技术途径 

  (1)查阅制导炮弹舵机控制方面的相关文献。了解制导炮弹舵机控制系统的软硬件设计,控制算法等部分的研究现状,掌握舵机控制系统设计的方法及流程。

  (2)推导舵机控制系统数学模型,根据所选控制算法设计控制模型,编写控制算法程序。

  (3)使用Simulink仿真软件舵机控制系统进行模拟仿真,分析舵机控制规律。

  (4)以LPC2292型ARM开发板为硬件设计平台,了解舵机控制系统各模块功能,并对系统各模块进行调试。

  (5)在硬件平台上验证舵机控制算法,进行舵机控制实验,给出舵机控制调试步骤及实验数据结果。 

2  电动舵机控制系统的总体结构与控制原理

2。1  电动舵机控制系统的组成

2。1。1  结构单元

电动舵机控制系统主要包括控制器单元、光电隔离单元、功率驱动单元、无刷直流电机、减速机构、舵片和位置反馈传感器,其连接顺序见图2。1。

图2。1  舵机控制系统结构

2。1。2  各部分功能

  (1)控制器:数字处理单元(ARM内核)。作用在于采集控制信号(电压信号)和位置传感器反馈的输出信号(角度信号),经过算法处理后形成控制电机运动的PWM控制信号,驱动功率电路使电机运转,带动舵片偏转到预定角度位置来控制舵机的转动。它是控制系统中最重要的硬件部分。

  (2)光电隔离单元:A。增加驱动能力;B。提升驱动电压; C。去除干扰。 

  (3)功率驱动电路:一般采用桥式电路来增大功率,驱动电机运转。

  (4)无刷直流电机:是舵机系统的关键部分,作为舵片的驱动机构,通过电机的转动带动舵片运动。

  (5)减速机构:采用齿轮减速机构、丝杆减速机构或其他机构,将电机转轴的转动转换到舵片的运动。

  (6)舵片:作为舵机控制系统的执行机构,它的偏转直接影响制导炮弹的气动性能,从而达到控制炮弹运动的目的。

  (7)位置反馈:采用角度传感器将舵片某时刻的实际偏转角度值反馈给舵机控制器。

2。2  电动舵机系统数学模型的建立

电机是将电能转换为机械能的器件,是电动舵机系统的核心部件,下面基于常用的无刷直流电机来推导建立电动舵机系统的数学模型。无刷直流电机原理见图2。2。

   

图2。2  无刷直流电机原理图

    在图2。2中,为电枢电压,为电枢总电感,为电枢电流,为电枢总电阻,为电枢反电动势,为电枢转动的角度。

无刷直流电机数学模型的推导由三部分构成:

(1)电枢回路电压平衡方程

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