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滑环伺服系统的设计与实现

作　者: 赵旭东
导　师: 王毅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 伺服系统 线性驱动 DSP控制卡 电流环 速度环 位置环
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
引　用: 1次
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内容摘要


本文以高精度伺服转台为背景,针对滑环的摩擦力矩对转台主轴控制精度的影响进行研究,设计并实现了滑环的位置伺服系统。在系统设计过程中,着重研究了系统的工程实现,包括控制系统各个部分的设计和元器件的选择,给出了系统各个部分的数学模型,介绍了系统电流环、速度环和位置环的设计方法,并进行了仿真和实验,给出了系统的性能分析,达到了任务的要求。在本系统中,设计了由光电池组合而成的角位置传感器,由光电传感器敏感滑环轴与主轴之间的角位置偏差,实现了角位置的非接触式测量,消除了由传感器带来的摩擦。在设计过程中对光电池的光敏感特性进行了测试,列出了光电池的输出电压随位移的变化过程数据,并绘出了输出电压与位移的关系特性曲线。为了增强系统的电磁兼容性,降低电机驱动电路对其他弱电设备的干扰,设计了直流力矩电机线性驱动系统,完成了线性驱动器硬件电路的设计和调试,现在已经能够成功的装机运行。给出了电机驱动系统的各个参数的配置方法,进行了系统的频带宽度测试,阶跃响应测试,并对整个滑环伺服系统进行了设计和实现。通过对整个模拟伺服系统的测试,给出系统的调节时间和超调量,满足了系统跟踪精度的要求,达到预期的性能指标。设计完成了DSP控制卡硬件电路和控制算法,实现了系统的数字控制,达到了预期的效果。本部分在模拟系统的基础上,将模拟系统部分离散化,利用设计完成的DSP实验平台实现了数字控制系统,达到了同样的性能指标,为今后控制系统的数字化实现做好了相应的技术储备。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
    1.2.1 国内外在该方向的研究现状及分析  10
    1.2.2 DSP 在控制中的应用  10-11
  1.3 主要研究内容  11-13
第2章 滑环伺服系统设计  13-51
  2.1 引言  13
  2.2 角度传感器电路的设计  13-17
  2.3 直流力矩电机和测速机的选择  17-18
  2.4 电机驱动电路的设计  18-32
    2.4.1 电机驱动中的线性放大电路  19-24
    2.4.2 桥式驱动电路  24-27
    2.4.3 电压电流保护电路  27-28
    2.4.4 加法器电路在电压和电流保护中的应用  28-30
    2.4.5 电流保护中的继电器电路  30-31
    2.4.6 电压保护电路中的采样环节  31-32
  2.5 电机驱动电路的调试  32-37
    2.5.1 减小电路中的死区影响  32-34
    2.5.2 电机驱动的等效数学模型  34-37
  2.6 滑环伺服系统的设计与调试  37-50
    2.6.1 直流力矩电机的数学模型图  37-39
    2.6.2 电流环系统框图的建立  39-41
    2.6.3 电流环中的比例和比例积分环节  41-42
    2.6.4 电流环中的惯性环节  42-43
    2.6.5 电流环的频带仿真  43-44
    2.6.6 电流环的阶跃响应和频带测试  44-46
    2.6.7 模拟控制系统的建立与仿真  46-48
    2.6.8 速度环的设计  48-49
    2.6.9 控制系统测试和性能分析  49-50
  2.7 本章小结  50-51
第3章 滑环伺服系统数字化硬件电路的设计  51-73
  3.1 引言  51
  3.2 数字控制系统设计  51-53
    3.2.1 数字控制系统的结构框图  51-52
    3.2.2 控制卡芯片的选取  52-53
  3.3 DSP 控制卡硬件电路的设计  53-66
    3.3.1 DSP 最小系统的设计  53-56
    3.3.2 串口通信电路的设计  56-57
    3.3.3 USB 通讯电路的设计  57-59
    3.3.4 DSP 外部接口电路的设计  59-66
  3.4 硬件电路的调试  66-69
  3.5 硬件电路抗干扰措施  69-71
  3.6 本章小结  71-73
第4章 滑环数字控制系统控制算法的研究  73-84
  4.1 引言  73
  4.2 反馈通道中的数字滤波环节  73-75
  4.3 数字PID 控制算法的研究  75-81
    4.3.1 控制系统的离散化原则  76
    4.3.2 控制系统的离散化方法  76-79
    4.3.3 数字PID 控制系统  79-81
    4.3.4 控制算法的实现  81
  4.4 数字控制系统性能分析  81-83
  4.5 本章小结  83-84
结论  84-85
参考文献  85-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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