双轴数字交流伺服系统的研制

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1、≮s3l7皂5摘要本文是针对双轴数字交流伺服系统的研制而展开的。文中介绍了该交流数字伺服系统的总体设计方案。为提高系统的可靠性，降低功耗和减小体积，成功地设计了基于单片微处理器MSP430的计算机控制系统，实现了系统控制和网络通讯功能。论文中还详细介绍了本伺服系统控制软件的设计。最后，从实际系统出发，对智能PID控制算法进行剂析、仿真研究和系统调试，仿真和调试结果表明智能PID控制算法能够取得比较满意的性能。关键词：伺服系统MSP430轴角编码CAN通信智能PID控制ABSTRACTInthispaper．adual．axis

2、digitalACservo—systemisstudied．Theoveralldesignofthissystemwasintroduced．Inordertoimprovethesystemreliabilityandsavepowerandsize，acomputercontrolsystembasingonsinglechipmicroprocessorMSP430isdevelopedtorealizethesystemcontrolandcommunication．Alsotheapplicationsoftwa

3、reisrealizedandputintouse．Furthermore，fortheactualsystem，theintelligentPIDwasanalyzed，simulatedanddebugged，andtheresultsofexperimentsshowthatthegoodperformancecanbeachievedwhenintelligentPIDiSapplied．keywords：Servo—systemMSP430ShaftAngleEncodeCANCommunicationIntelli

4、gentPID¨坝Ij论义双轴数‘t’蹙流制"垃系统的{!J『{训1绪论1．1工程背景随着现代科学技术的飞速发展，特别是微电子、计算机、电力半导体和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得位置伺服这样～种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、计算机外围设备(如硬盘、光驱等等)、雷达和各种军用武器随动系统以及柔性制造系统等等。由于各种高新技术的战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器的目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，

5、给防空体系中的高炮武器伺服系统提出了更高、更新的要求。因此，高炮伺服系统必须具有很高的角速度、角加速度和跟踪精度，具有良好的快速性和动态品质，具有很高的可靠性和可维护性，以及与其他武器协同作战，才能担负起未来战争中对空作战和防御的任务。本文的研究内容就是围绕具有网络通信功能的双轴数字交流伺服系统的研制而展开的。国外发达国家在复杂武器系统研制上起步比我国早，目前已研制出的近程反导高炮系统已有十余种之多，其中美国、意大利、荷兰、瑞士、俄罗斯等国均走在前列。这些反导武器的伺服系统均具有高速度、高加速度、高精度的特点，其中指标先进的米

6、瑞德(MYRIAD)方位跟踪最大速度为3rad／s，方位跟踪最大加速度6rad／s2。我国在小口径高炮伺服系统的研制上也取得了一定的成就：80年代，海军下达研制某工程，指定中国兵器工业总公司的一些研究所共同承担研制任务。主要是：“三位一体”的总体结构，多管转管式集束小高炮系统，高发射率。伺服系统先采用直流PWM驱动双永磁直流电动机，后来改为自控式变频同步电动机驱动，且均由南京理工大学自动化系提供实施方案，并负责总体调试。该系统的性能指标较高，但与上述几种国外的小口径高炮相比，仍有一定差距。兵总某研究所研制的自行高炮，其伺服系统

7、采用电机扩大机和直流电机组合驱动小高炮，其跟踪最大速度和跟踪最大加速度基本上与上相当。南京理工大学在“八五”以及“九五”期间完成了“以矢量控制变频调速异步机”和“自控式变频同步电动机”为执行电机的用于中小高炮的交流数字随动系统的研制任务，均通过了技术鉴定。尽管我国在这方面取得了喜人的成绩，但与世界先进水平相比仍存在较大差距。坝L论文双轴数字交流{叫戕系统的研制1．2高性能伺服系统的研究现状伺服系统的研究经过了直流电机模拟控制等阶段，现在高性能伺服系统的研究主要集中在以下几个方面：一、交流调速技术的应用由于技术等方面的原因，以前

8、的伺服系统多采用直流电动机。直流电动机的控制方式简单，容易实现，但其采用碳刷、机械换向器，易损耗、维护难、且有火花干扰，功率密度不能做得很大，因此很难满足大功率的需要。由于交流电动机的可靠性和低维护性等特点，因此受到人们的广泛注意，随着交流伺服驱动技术的日益成熟，交流已经逐渐