机电一体化灵巧舵机控制系统设计

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1、分类号V242密级公开UDC621.3编号10299S1307062硕士学位论文机电一体化灵巧舵机控制系统设计DesignofHighIntegrationSmartElectro-MechanicalActuatorControllerSystem指导教师和卫星教授作者姓名李红燕申请学位级别学术学位硕士专业名称检测技术与自动化装置论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席评阅人独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成

2、果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，

3、同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□√。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学硕士学位论文摘要电动舵机是一种复杂的机电一体化系统，是飞机、导弹等飞行器飞行控制系统的关键组成部分，其性能的好坏直接决定了整个飞行器性能的优劣。随着电力电子技术和永磁电机的发展，新型永磁无刷直流电机以其体积小、功率密度高、

4、结构简单、控制灵活等诸多优点，已广泛应用于电动舵机系统。本文采用盘式无刷直流电机作为电动舵机系统的动力源，对其结构特点、工作原理、驱动方式分别展开分析，并对其数学模型和传递函数进行了推导。研制了一套体积小、结构紧凑、可靠性高的硬件电路，设计了位置、转速、电流三闭环控制算法，以得到较好的控制精度。为了验证所设计硬件系统的可靠性和控制策略的可行性，搭建了实验平台，并对原理样机进行了测试实验。结果表明，所研制的舵机系统满足控制性能要求，具有灵巧的一体化特点，具有很高的应用价值。论文研究的内容主要包括以下几个方面：1.提出了电动舵机伺服系

5、统关键技术指标。分析了舵机用无刷直流电机的结构与基本原理，得到了等效电路图，建立了无刷直流电机的动力学模型，并推导出了电动舵机的传递函数。2.针对整个驱动系统，研制了一套以DSP+CPLD为核心控制架构的智能功率驱动电路，包括主电源滤波及转换电路、电流检测与过流保护电路、位置检测与旋变激励信号调理电路、串口通信及其外围电路。3.根据无刷直流电机的运行特点及数学模型，设计了位置、转速、电流三闭环控制算法，其中位置环采用比例积分控制，速度环、电流环均采用比例控制。在DSP主控制器中设计了控制模块、定时器模块、采样模块和串口通信等模块。

6、在CPLD辅助控制器中设计了Hall换相逻辑、舵机转动方向解算逻辑、位置超限和过流保护等逻辑。4.搭建了完整的实验驱动平台，对原理样机进行了控制性能测试实验，并对结果进行了详细地描述和分析。关键词：舵机；无刷直流电机；DSP；CPLD；PID控制I机电一体化灵巧舵机控制系统设计ABSTRACTElectromechanicalActuatorisacomplexmechanical-electricalintegrationsystem,isacriticalpartoftheflightcontrolsystemsuchasai

7、rcraft,missiles,etc.craft,itsfeaturesdirectlydeterminethewholeperformanceofaircraft.Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandpermanentmagnetmotor,thenewpermanentmagnetbrushlessDCmotorhasbeenwidelyusedintheElectricservosystemforitsadvantagesofsmallsize,highpowe

8、rdensity,simplestructureandflexiblecontrol.Inthispaper,aflatbrushlessDCmotorisusedasthepowersourcesofelectromechanicalactuat