畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的舵機(jī)控制裝置的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 題：基于單片機(jī)的舵機(jī)控制裝置</p><p>　　的設(shè)計(jì)—軟件設(shè)計(jì)部分</p><p>　　姓 名：錢曉英</p><p>　　班 級(jí)：P312110</p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：01</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師

2、：林方聰</b></p><p><b>　　2013年5月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　舵機(jī)概述</b></p><p>

3、<b>　　舵機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制</b></p><p><b>　　單片機(jī)控制原理</b></p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、位置環(huán)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2、速度反饋</b&

4、gt;</p><p><b>　　3、電流反饋</b></p><p><b>　　4 、試驗(yàn)結(jié)果</b></p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>

5、　　引 言</b></p><p>　　舵機(jī)作為無(wú)人機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)的主要組成部分，是操縱機(jī)動(dòng)飛行的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。舵機(jī)的作用是根據(jù)飛行器制導(dǎo)控制電路輸出的一定大小和極性的信號(hào)，操縱無(wú)人機(jī)的舵面或副翼或改變發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量，控制舵面按要求快速、精確的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)控制的各項(xiàng)指標(biāo)，以達(dá)到對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定控制。飛行器經(jīng)過(guò)近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)漸已成熟，但輸出力巨大，響應(yīng)速度快，控制精度高，體積

6、小，重量輕，高可靠性始終是無(wú)人機(jī)舵機(jī)發(fā)展的目標(biāo)。</p><p>　　PLC單片機(jī)的突出特點(diǎn)是體積小，功耗低，、指令集精簡(jiǎn)，抗干擾性好，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，其兼容的Flash程序儲(chǔ)存器，支持低電壓快速擦寫，程序修改方便。在一些小型的應(yīng)用中比傳統(tǒng)的51單片機(jī)更靈活，外圍電路更少，因而得到了廣泛應(yīng)用。在無(wú)人機(jī)舵機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，PLC單片機(jī)很好的滿足了其小體積限制，抗干擾高，功耗低等要求。</p&

7、gt;<p>　　本文介紹以PLC單片機(jī)為控制核心的無(wú)人機(jī)舵機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并給出了調(diào)試結(jié)果。</p><p><b>　　舵機(jī)概述</b></p><p>　　舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動(dòng)中。在航空模型中，飛行機(jī)的飛行姿態(tài)是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和各個(gè)控制舵面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。舉個(gè)簡(jiǎn)單的四通飛機(jī)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)上有以下幾個(gè)地方需要控制： </p><p

8、>　　1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的拉力（或推力）； </p><p>　　2.副翼舵面（安裝在飛機(jī)機(jī)翼后緣），用來(lái)控制飛機(jī)的橫滾運(yùn)動(dòng)； </p><p>　　3.水平尾舵面，用來(lái)控制飛機(jī)的俯仰角； </p><p>　　4.垂直尾舵面，用來(lái)控制飛機(jī)的偏航角； </p><p>　　遙控器有四個(gè)通道，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)舵機(jī)，而舵機(jī)又通過(guò)連桿

9、等傳動(dòng)元件帶動(dòng)舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。 </p><p>　　不僅在航模飛機(jī)中，在其他的模型運(yùn)動(dòng)中都可以看到它的應(yīng)用：船模上用來(lái)控制尾舵，車模中用來(lái)轉(zhuǎn)向等等。由此可見(jiàn)，凡是需要操作性動(dòng)作時(shí)都可以用舵機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　二、結(jié)構(gòu)和控制</b></p><p>　　一般來(lái)講，舵機(jī)主要

10、由以下幾個(gè)部分組成， 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、控制電路板等。 </p><p>　　工作原理：控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)（具體信號(hào)待會(huì)再講），控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，從而達(dá)到目

11、標(biāo)停止。 </p><p>　　舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是這樣，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很多種。例如電機(jī)就有有刷和無(wú)刷之分，齒輪有塑料和金屬之分，輸出軸有滑動(dòng)和滾動(dòng)之分，殼體有塑料和鋁合金之分，速度有快速和慢速之分，體積有大中小三種之分等等，組合不同，價(jià)格也千差萬(wàn)別。例如，其中小舵機(jī)一般稱作微舵，同種材料的條件下是中型的一倍多，金屬齒輪是塑料齒輪的一倍多。需要根據(jù)需要選用不同類型。 </p><p>　　舵機(jī)的

12、輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這輛根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同，6.0V對(duì)應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件；另外一根線是控制信號(hào)線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點(diǎn)，SANWA的某些型號(hào)的舵機(jī)引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認(rèn)。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會(huì)搞錯(cuò)。 <

13、/p><p>　　舵機(jī)的控制信號(hào)為周期是20ms的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，其中脈沖寬度從0.5ms-2.5ms，相對(duì)應(yīng)舵盤的位置為0－180度，呈線性變化。也就是說(shuō)，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上，無(wú)論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)的位置上。舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，有一個(gè)比較器，將外加信號(hào)與基準(zhǔn)

14、信號(hào)相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。由此可見(jiàn)，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不能超過(guò)180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說(shuō)機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等。 </p><p>　　常見(jiàn)的舵機(jī)廠家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，國(guó)產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等。現(xiàn)舉Futaba S3003來(lái)介紹相關(guān)參數(shù)，以供大家設(shè)計(jì)時(shí)選用。之所以用3003是因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)是市

15、場(chǎng)上最常見(jiàn)的，也是價(jià)格相對(duì)較便宜的一種（以下數(shù)據(jù)摘自Futaba產(chǎn)品手冊(cè)）。 </p><p>　　尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm </p><p>　　重 量(Weight)： 37.2 g </p><p>　　工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V)

16、 0.19 sec/60°(6.0V) </p><p>　　輸出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V) 4.1 kg.cm (6.0V)</p><p>　　由此可見(jiàn)，舵機(jī)具有以下一些特點(diǎn)： </p><p>　　>體積緊湊，便于安裝； </p><p>　　>輸出力矩大，穩(wěn)定性好

17、； </p><p>　　>控制簡(jiǎn)單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口； </p><p>　　正是因?yàn)槎鏅C(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，所以，現(xiàn)在不僅僅應(yīng)用在航模運(yùn)動(dòng)中，已經(jīng)擴(kuò)展到各種機(jī)電產(chǎn)品中來(lái)，在機(jī)器人控制中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。</p><p><b>　　三、單片機(jī)控制原理</b></p><p>　　正是舵機(jī)的控制信號(hào)是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，

18、所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)的數(shù)字設(shè)備都可以用來(lái)控制舵機(jī)，比方PLC、單片機(jī)等。這里介紹利用51系列單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的方法，編程語(yǔ)言為C51。之所以介紹這種方法只是因?yàn)楣P者用2051實(shí)現(xiàn)過(guò)，本著負(fù)責(zé)的態(tài)度，所以敢在這里寫出來(lái)。程序用的是我的四足步行機(jī)器人，有刪改。單片機(jī)并不是控制舵機(jī)的最好的方法，希望在此能起到拋磚引玉的作用。 </p><p>　　2051有兩個(gè)16位

19、的內(nèi)部計(jì)數(shù)器，我們就用它來(lái)產(chǎn)生周期20 ms的脈沖信號(hào)，根據(jù)需要，改變輸出脈寬?；舅悸啡缦拢ㄕ?qǐng)對(duì)照下面的程序）： </p><p>　　我用的晶振頻率為12M，2051一個(gè)時(shí)鐘周期為12個(gè)晶振周期，正好是1/1000 ms，計(jì)數(shù)器每隔1/1000 ms計(jì)一次數(shù)。以計(jì)數(shù)器1為例，先設(shè)定脈寬的初始值，程序中初始為1.5ms，在for循環(huán)中可以隨時(shí)通過(guò)改變a值來(lái)改變，然后設(shè)定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初始值為a，并置輸出p12為高位

20、。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，觸發(fā)計(jì)數(shù)器溢出中斷函數(shù)，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函數(shù)中，改變輸出p12為反相（此時(shí)跳為低位），在用20000（代表20ms周期）減去高位用的時(shí)間a，就是本周期中低位的時(shí)間，c=20000-a，并設(shè)定此時(shí)的計(jì)數(shù)器初值為c，直到定時(shí)器再次產(chǎn)生溢出中斷，重復(fù)上一過(guò)程。</p><p>　　# include <reg51.h> &l

21、t;/p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint a,b,c,d; </p><p>　　/*a為舵機(jī)1的脈沖寬度，b為舵機(jī)2的脈沖寬度，單位1/1000 ms */ </p><p>　　/

22、*c、d為中間變量*/</p><p>　　/*以下定義輸出管腳*/ </p><p>　　sbit p12=P1^2; </p><p>　　sbit p13=p1^3; </p><p>　　sbit p37=P3^7;</p><p>　　/*以下兩個(gè)函數(shù)為定時(shí)器中斷函數(shù)*/</p><p&g

23、t;　　/*定時(shí)器1，控制舵機(jī)1，輸出引腳為P12，可自定義*/ </p><p>　　void timer0(void) interrupt 1 using 1 </p><p>　　{p12=!p12; /*輸出取反*/ </p><p>　　c=20000-c; /*20000代表20 ms，為一個(gè)周期的時(shí)間*/ </p><p>　　

24、TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); /*重新定義計(jì)數(shù)初值*/ </p><p>　　if(c>=500&&c<=2500)c=a; </p><p>　　else c="20000-a"; /*判斷脈寬是否在正常范圍之內(nèi)*/ </p><p><b>　　}</b></p

25、><p>　　/*定時(shí)器2，控制舵機(jī)2，輸出引腳為P13，可自定義*/ </p><p>　　void timer1(void) interrupt 3 using 1 </p><p>　　{p13=!p13; </p><p>　　d=20000-d; </p><p>　　TH1=-(d/256); TL1=-(d%

26、256); </p><p>　　if(d>=500&&d<=2500)d=b; </p><p>　　else d="20000-b"; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*主程序*/ </b></p>

27、;<p>　　void main(void) </p><p>　　{TMOD=0x11; /*設(shè)初值*/ </p><p><b>　　p12=1; </b></p><p><b>　　p13=1; </b></p><p><b>　　a=1500; </b>

28、;</p><p>　　b=1500; /*數(shù)值1500即對(duì)應(yīng)1.5ms，為舵機(jī)的中間90度的位置*/ </p><p><b>　　c=a;d=b; </b></p><p>　　TH0=-(a/256); TL0=-(a%256); </p><p>　　TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*設(shè)

29、定定時(shí)器初始計(jì)數(shù)值*/ </p><p><b>　　EA=1; </b></p><p>　　ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1; </p><p>　　ET1=1; TR1=1; </p><p>　　PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;/*設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)*/ </p><

30、;p><b>　　for(;;) </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　/*在這個(gè)for循環(huán)中，可以根據(jù)程序需要 </p><p>　　在任何時(shí)間改變a、b值來(lái)改變脈寬的輸 </p><p>　　出時(shí)間，從而控制舵機(jī)*/ </p><p&g

31、t;<b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　因?yàn)樵诿}沖信號(hào)的輸出是靠定時(shí)器的溢出中斷函數(shù)來(lái)處理，時(shí)間很短，因此在精度要求不高的場(chǎng)合可以忽略。因此如果忽略中斷時(shí)間，從另一個(gè)角度來(lái)講就是主程序和脈沖輸出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改變a值，例如讓a從500變化到2500，就可以讓舵機(jī)從0度變

32、化到180度。另外要記住一點(diǎn)，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)需要時(shí)間的，因此，程序中a值的變化不能太快，不然舵機(jī)跟不上程序。根據(jù)需要，選擇合適的延時(shí)，用一個(gè)a遞增循環(huán)，可以讓舵機(jī)很流暢的轉(zhuǎn)動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣的脈動(dòng)。這些還需要實(shí)踐中具體體會(huì)。</p><p>　　舵機(jī)的速度決定于你給它的信號(hào)脈寬的變化速度。舉個(gè)例子，t＝0試，脈寬為0.5ms，t＝1s時(shí)，脈寬為1.0ms，那么，舵機(jī)就會(huì)從0.5ms對(duì)應(yīng)的位置轉(zhuǎn)到1.0ms對(duì)

33、應(yīng)的位置，那么轉(zhuǎn)動(dòng)速度如何呢？一般來(lái)講，3003的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度在4.8V時(shí)為0.23s/60度，也就是說(shuō)，如果你要求的速度比這個(gè)快的話，舵機(jī)就反應(yīng)不過(guò)來(lái)了；如果要求速度比這個(gè)慢，可以將脈寬變化值線性到你要求的時(shí)間內(nèi)，做一個(gè)循環(huán)，一點(diǎn)一點(diǎn)的增加脈寬值，就可以控制舵機(jī)的速度了。當(dāng)然，具體這一點(diǎn)一點(diǎn)到底是多少，就需要做試驗(yàn)了，不然的話，不合適的話，舵機(jī)就會(huì)向步進(jìn)電機(jī)一樣一跳一跳的轉(zhuǎn)動(dòng)了，嘗試改變這“一點(diǎn)”，使你的舵機(jī)運(yùn)動(dòng)更平滑。還有一點(diǎn)很重要

34、，就是舵機(jī)在每一次脈寬值改變的時(shí)候總會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)速由零增加再減速為零的過(guò)程，這就是舵機(jī)會(huì)產(chǎn)生像步進(jìn)電機(jī)一樣運(yùn)動(dòng)的原因。</p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)是舵機(jī)控制器設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn), 它的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制性能。系統(tǒng)軟件部分由三閉環(huán)控制算法、數(shù)據(jù)采集與處理及各保護(hù)功能組成。在結(jié)構(gòu)上采用模塊化的設(shè)計(jì)思想, 降低了程&

35、lt;/p><p>　　序復(fù)雜度, 從而提高了控制系統(tǒng)軟件的可讀性、可靠性和可移植性。其具體涉及到: 解析給定PWM 位置信號(hào), 舵面位置信號(hào)的采集與處理, 舵面速度的計(jì)算與處理, 電機(jī)電流信號(hào)的采集與處理, 位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)控制算法的實(shí)現(xiàn), 電機(jī)變速換向的實(shí)現(xiàn)。整個(gè)控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。</p><p>　　圖1軟件結(jié)構(gòu)整體框圖</p><p>　　

36、系統(tǒng)采用三閉環(huán)控制策略, 其中電流環(huán)的循環(huán)時(shí)間最短, 而位置環(huán)最慢。因此在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中, 先調(diào)試最內(nèi)的電流環(huán), 當(dāng)性能滿足要求后, 再調(diào)節(jié)速度環(huán)與位置環(huán), 最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo), 從而減小了</p><p>　　三環(huán)調(diào)節(jié)的耦合性, 當(dāng)電流環(huán)和速度環(huán)的性能滿足要求后, 此時(shí)可以專注于位置環(huán)參數(shù)的調(diào)整, 而不改變其它兩環(huán)的調(diào)節(jié)參數(shù)。三環(huán)具體算法實(shí)現(xiàn)介紹如下。</p><p><b>

37、　　1、 位置環(huán)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　位置環(huán)作為最外環(huán), 直接決定舵機(jī)伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)。經(jīng)典PID 算法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且魯棒性較強(qiáng), 但三個(gè)參數(shù)固定, 很難保證系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度, 同時(shí)具有較好的靜態(tài)性能和小超調(diào)量, 所以必須對(duì)傳統(tǒng)PID 算法進(jìn)行改進(jìn), 盡可能兼顧各項(xiàng)性能指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)的位置環(huán)調(diào)節(jié)選用PID 參數(shù)模糊自整定算法, 由

38、模糊推理機(jī)和經(jīng)典PID 控制器組成。通過(guò)計(jì)算當(dāng)前的位置偏差和變化率, 找出與PID三個(gè)參數(shù)之間的模糊關(guān)系, 并不斷檢測(cè), 根據(jù)模糊法則對(duì)PID三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。系統(tǒng)采用此算法計(jì)算量較小, 易于用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn), 提高了位置環(huán)的整體調(diào)節(jié)效果和實(shí)時(shí)性, 具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。將位置偏差統(tǒng)一到一定范圍內(nèi), 規(guī)范后為△S,</p><p>　　及PID 三個(gè)參數(shù)的規(guī)范公式如下:</p><p>

39、　　△S是設(shè)置的一個(gè)閾值</p><p>　　模糊法則可由控制經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié), 也可從所期望的階躍特性中進(jìn)行抽取。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度各方面考慮, 三個(gè)參數(shù)的調(diào)整需考慮其相互之間的作用與關(guān)系。程序流程圖如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 位置環(huán)流程圖</b></p><p><b>　　2、 速度反饋&

40、lt;/b></p><p>　　速度環(huán)與系統(tǒng)硬件沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián), 反饋速度由舵面位置的微分得到, 這對(duì)反饋的位置信號(hào)有較高的要求。獲得較平滑、具有良好實(shí)時(shí)性的反饋速度信號(hào)是較關(guān)鍵的一步, 但由于外部干擾的存在, 并且相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間間隔很短, 若采用直接微分法求速度, 則與實(shí)際速度會(huì)存在較大的差別, 所以對(duì)位置信號(hào)采用不完全微分法求速度, 以減小高頻干擾。設(shè)舵面速度為v, 位置為S, 則有:<

41、/p><p><b>　　引入不完全微分得:</b></p><p>　　式中: p為微分算子, k 為比例系數(shù), 為慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。</p><p><b>　　離散化后得:</b></p><p>　　式中: T 為廣義采樣時(shí)間;</p><p>　　不完全微分法是采用一階

42、低通數(shù)字濾波器對(duì)位置信號(hào)濾波后微分, 因此具有一定的延遲。</p><p>　　速度環(huán)算法由bangbang控制與積分分離PI算法相結(jié)合。選取bangbang 控制點(diǎn)應(yīng)與剛切入的P控制時(shí)的輸出量相等, 以改善輸出的連續(xù)性與減小跳躍性。程序流程圖如圖3a所示。</p><p><b>　　3、 電流反饋</b></p><p>　　當(dāng)電流發(fā)生變化

43、時(shí), 系統(tǒng)須做出迅速響應(yīng), 使輸出電流快速跟蹤給定信號(hào)的變化。由于電流響應(yīng)速度很快, 電流環(huán)算法采用積分分離PI算法, 以避免微分因子造成電流環(huán)震蕩。電流環(huán)產(chǎn)生PWM 調(diào)制信號(hào), 控制功率驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)的目的。</p><p><b>　　PI控制公式如下:</b></p><p>　　式中: |E |為積分分離閾值, Iref為電流給定值, 為電流反饋值,為給定

44、電流與反饋電流之差。當(dāng)即電流誤差較小時(shí), 采用PI算法以保證電流環(huán)精度。當(dāng) |時(shí), 采用P控制來(lái)保證電流環(huán)的快速性并減小超調(diào)。程序流程圖如圖3b所示。</p><p>　　圖3速度環(huán)與電流環(huán)流程圖</p><p><b>　　4 、試驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　系統(tǒng)接收飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送周期7~ 20 ms, 有效占空比0. 9~ 2. 1

45、m s的PWM 控制信號(hào), 輸出最高堵轉(zhuǎn)力矩350 N m, 無(wú)載荷速度180 ( .) / s, 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置最大偏轉(zhuǎn)角為+ /- 65.,堵轉(zhuǎn)電流750mA。系統(tǒng)工作速度- 扭矩、工作電流- 扭矩曲線如圖4所示。</p><p>　　圖4 速度、電流與扭矩圖</p><p>　　位置環(huán)調(diào)試結(jié)果如圖8a所示的方波跟蹤響應(yīng),表明系統(tǒng)有良好的跟蹤效果, 但仍需改善硬件結(jié)構(gòu)與進(jìn)一步優(yōu)化算法。圖

46、5b、圖5c反應(yīng)了速度環(huán)的跟蹤效果。圖5b為圖5c的局部放大, 說(shuō)明了速度環(huán)調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度, 對(duì)于無(wú)負(fù)載3 200 r /m in的給定階躍能在100m s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　圖5d為電流環(huán)0. 1~ 0. 3 A 的方波跟蹤響應(yīng),可看出動(dòng)態(tài)性能良好。</p><p>　　圖5 三閉環(huán)調(diào)試結(jié)果</p><p><b>　　五、結(jié)語(yǔ)<

47、/b></p><p>　　本系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、成本低、控制精度高、小型化的特點(diǎn)可滿足小型無(wú)人機(jī)的要求, 現(xiàn)已通過(guò)某型無(wú)人機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào), 試驗(yàn)證明本系統(tǒng)可節(jié)約大量聯(lián)調(diào)時(shí)間, 加速了無(wú)人機(jī)的研發(fā)速度。同時(shí), 本系統(tǒng)對(duì)深入了解PIC單片機(jī)及直流伺服電機(jī)等控制系統(tǒng)也有很好的借鑒作用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

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