直线舵机快速高精度控制算法研究

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舵机作为飞机、火箭、导弹等飞行器的关键组成部件,在飞行器控制系统中扮演重要“角色”。它将上位机给出的指令信息转变为机械运动,是联系飞行控制指令和操纵元件的重要部分,它的动态和静态特性直接决定了飞行器的飞行品质。针对经典PID方法在舵机控制中存在的调节时间长、抗扰动能力差等问题,本文设计了一种复合PID控制策略,实现了直线舵机的快速高精度控制。  本文的工作主要包括以下几个方面:  1.论述了直线舵机的原理及组成,进行了电机选型,建立了舵机的数学模型,完成了对舵机控制系统整体框架的构建。在硬件设计方面,完成了对DSP芯片的选型,建立了以DSP为核心的硬件测试平台。  2.将经典的PID方法应用于舵机控制系统中,对参数选择的具体过程进行了深入的研究,根据所选参数,在Simulink中搭建了系统的仿真模型。  3.为了达到快速性的设计要求,分析了Bang-Bang控制的原理,建立了以Bang-Bang控制为基础的数学模型。针对Bang-Bang控制系统中存在的极限环问题和系统的高精度要求,设计了复合PID控制策略,并对其进行了详细的原理推导和理论分析,完成了复合PID控制算法的整合和设计。在Simulink中搭建了基于该策略的仿真模型。  4.分别对经典PID和复合PID控制进行了Simulink仿真,并对比分析了两种方法的动态性能和带负载能力,验证了复合PID控制的优越性。  5.分析了舵机控制系统应用程序的总体框架,进行了基于DSP和CPLD的舵机控制器混合语言软件设计。研究了软件抗干扰措施和保护功能,优化了软件的设计。  通过对系统仿真对比研究,采用复合PID控制算法的设计方案具备较高的动态响应特性,有较好的抗干扰能力,具有一定的工程参考价值。
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