文档介绍：浙江大学控制系
硕士学位论文
高速无人机电动舵机控制器的设计与实现
姓名:周小庆
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:李平
20100125
塑坚奎兰鱼堡主兰垡笙奎摘要垫墨小型无人机,因其在军事、救援、航拍及遥感等诸多军民领域巨大的潜在应用价值,已兴起为一个热门的研究领域。舵机作为小型无人机的重要组件,既是执行机构,又是无人机飞行控制回路的重要组成部分,其性能的好坏直接影响着飞行控制系统的性能和飞行安全。在对舵机的调速性能、控制精度、输出力矩、体积具有特殊要求的航空航天领域,基于无刷直流电机牡缍婊晌A宋蠢葱⌒臀奕嘶婊⒄的方向,它具有使用寿命长、体积小、质量轻、转速高、可靠性高、出力大、余度控制方便等众多优点,目前正向超高速、高转矩、大功率、微型化等方向发展。而目前国内现有的电动舵机由于没有采用高性能的直流无刷电机作为伺服电机,使得电动舵机的输出力矩和转速达不到要求;并且在实际的电动舵机控制器实施方面,目前主要停留在侄鞑畏椒ǎ⑶颐挥锌悸堑绞导视τ枚韵蟮亩特性,即设计控制器时没有考虑到电动舵机负载转矩的变化。因此研究基于直流无刷电机的电动舵机的动态建模与控制问题具有重要的理论意义和应用价值。本论文在借鉴前人工作的基础上,首先引入了新型的大功率、高扭矩、体积小的无刷直流电机,解决了无人机对舵机力矩、速度和体积的要求;在提高舵机控制器的性能方面,提出了带前馈的模糊自整定的犊刂扑惴ǎ窘饩了舵机在负载力矩大范围变化时,舵机控制器的稳定性和控制性能严重下降的问题;另外,构建了基于氖只婊低吃硌饩隽烁眯臀奕嘶机的选型问题,具有重大的工程意义。本文的主要工作和贡献如下:本课题的主要工作有:根据某型无人机对舵机的性能要求,对各部分进行选型,并推导出各部分的传递函数,从而得到舵机系统的数学模型,并在的环境下得到舵机系统的动态仿真模型;设计了传统的和带前馈的模糊自整定的犊刂破鳎⒔辛丝赵睾痛涸厍榭鱿碌南低撤抡妫⒍粤种控制器的性能进行了对比和分析;设计了基于脑硌母鞑糠钟布电路以及在肪诚驴7⒘巳砑低常⒔辛讼低车魇裕还菇嘶虚拟仪器的测试平台,通过原理样机实验,分别测试舵机在两种控制器下的性能,从而比较分析这两种控制器的性能好坏,从而验证系统设计的正确性和可行性。本课题的创新性在于它的工程应用意义和价值。一方面,将数字信号处理器
塑坚查兰鱼堡主兰垡堡奎塑鐾和基于前馈的模糊自整定目刂扑惴ㄓτ玫轿奕嘶婊低持小的应用,使舵机系统便于实现数字化,为舵机采用新的、先进的控制算法缒:制等嫣岣咝阅艽丛炝颂跫淮送猓ü治龆婷娴氖芰Γ玫浇暇返铰链力矩模型,然后利用前馈控制器补偿负载变化对速度环的影响,从而解决了力矩大范围变化时舵机系统的稳定性以及控制性能降低的问题。另一方面,引入了新型的高转速、转矩密度大的无刷直流电机,并设计、构建了基于氖字化舵机的原理样机。最后,构建了基于虚拟仪器的测试平台,大大提高了测试的效率和与用户的交互性。‘通过仿真设计、硬件制作、软件编程、试验分析,为研制型号舵机进行了必要的预先探索。关键词:小型无人机,电动舵机,直流无刷电机,数字信号处理器,模糊控制,前馈控制
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⋯⋯躲内学位论文作者签名:烈~\钦年夕月学位论文版权使用授权书签字日期:沁、。年芗月浙江大学研究生学位论文独创性声明签字日期:弘调表或撰写过的研究成果,也不包含为获得逝婆盘堂或其他教育机构的学位或本学位论文作者完全了解逝至三盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权逝望盘堂月本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ导师签名:签字日期:,
塑望查兰鱼堡主兰垡迨茎致谢塾堕毕业论文完成之际,我心中充满了对老师们、同学们的感激。首先,我要衷心的感谢李平老师和韩波老师,感谢你们在我两年半硕士学阶段给予我的指导、鼓励与帮助。两位老师为我创造了良好的学习和科研环境,给予我许多宝贵的指导性意见,我的毕业论文闪烁着你们的教诲,渗透着你们的心血。导师严谨的治学态度、渊博的学识以及忘我的工作精神使我受益无穷,这将永远激励我在今后的学习和工作中探索前进。感谢方舟、徐玉、候鑫和任沁源等博士后师兄在我课题研究过程中所给予的指导和帮助币哺行磺度胧叫∽榈乃惺π趾屯牵核镂