高速無(wú)人機(jī)電動(dòng)舵機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、小型無(wú)人機(jī)(MUAV)，因其在軍事、救援、航拍及遙感等諸多軍民領(lǐng)域巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，已興起為一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。舵機(jī)作為小型無(wú)人機(jī)的重要組件，既是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又是無(wú)人機(jī)飛行控制回路的重要組成部分，其性能的好壞直接影響著飛行控制系統(tǒng)的性能和飛行安全。
　　 在對(duì)舵機(jī)的調(diào)速性能、控制精度、輸出力矩、體積具有特殊要求的航空航天領(lǐng)域，基于無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)的電動(dòng)舵機(jī)成為了未來(lái)小型無(wú)人機(jī)舵機(jī)發(fā)展的方向，它具有使用壽命長(zhǎng)、體積小、質(zhì)

2、量輕、轉(zhuǎn)速高、可靠性高、出力大、余度控制方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，目前正向超高速、高轉(zhuǎn)矩、大功率、微型化等方向發(fā)展。而目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電動(dòng)舵機(jī)由于沒(méi)有采用高性能的直流無(wú)刷電機(jī)作為伺服電機(jī)，使得電動(dòng)舵機(jī)的輸出力矩和轉(zhuǎn)速達(dá)不到要求；并且在實(shí)際的電動(dòng)舵機(jī)控制器實(shí)施方面，目前主要停留在PID手動(dòng)調(diào)參方法，并且沒(méi)有考慮到實(shí)際應(yīng)用對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，即設(shè)計(jì)控制器時(shí)沒(méi)有考慮到電動(dòng)舵機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。因此研究基于直流無(wú)刷電機(jī)的電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)態(tài)建模與控制問(wèn)題具有重要的理論

3、意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文在借鑒前人工作的基礎(chǔ)上，首先引入了新型的大功率、高扭矩、體積小的無(wú)刷直流電機(jī)，解決了無(wú)人機(jī)對(duì)舵機(jī)力矩、速度和體積的要求；在提高舵機(jī)控制器的性能方面，提出了帶前饋的模糊自整定的PID串級(jí)控制算法，基本解決了舵機(jī)在負(fù)載力矩大范圍變化時(shí)，舵機(jī)控制器的穩(wěn)定性和控制性能嚴(yán)重下降的問(wèn)題；另外，構(gòu)建了基于DSP的數(shù)字化舵機(jī)系統(tǒng)原理樣機(jī)，解決了該型無(wú)人機(jī)舵機(jī)的選型問(wèn)題，具有重大的工程意義。本文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：

4、
　　 本課題的主要工作有：根據(jù)某型無(wú)人機(jī)對(duì)舵機(jī)的性能要求，對(duì)各部分進(jìn)行選型，并推導(dǎo)出各部分的傳遞函數(shù)，從而得到舵機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在Matlab的Simulink環(huán)境下得到舵機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型；設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的和帶前饋的模糊自整定的PID串級(jí)控制器，并進(jìn)行了空載和帶負(fù)載情況下的系統(tǒng)仿真，并對(duì)兩種控制器的性能進(jìn)行了對(duì)比和分析；設(shè)計(jì)了基于DSP的原理樣機(jī)的各部分硬件電路以及在CCS2000環(huán)境下開(kāi)發(fā)了軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試；構(gòu)

5、建了基于虛擬儀器的測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)原理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)試舵機(jī)在兩種控制器下的性能，從而比較分析這兩種控制器的性能好壞，從而驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和可行性。
　　 本課題的創(chuàng)新性在于它的工程應(yīng)用意義和價(jià)值。一方面，將數(shù)字信號(hào)處理器和基于前饋的模糊自整定PID的控制算法應(yīng)用到無(wú)人機(jī)舵機(jī)系統(tǒng)中。DSP的應(yīng)用，使舵機(jī)系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，為舵機(jī)采用新的、先進(jìn)的控制算法(如模糊控制等)，全面提高性能創(chuàng)造了條件；此外，通過(guò)分析舵面的受力，得到較精