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现代飞行器的快速发展要求其控制系统具有高精度、快速响应及高可靠性。作为飞行控制系统的重要组成部分之一,舵机的静、动态特性直接影响到飞行器的操控性能。飞行器远程化的要求使得电动舵机的应用越来越广泛,高精度电动舵机的研究也越来越受到人们的关注。
本文根据电动舵机系统的指标要求和负载情况,通过对比选择了减速比大、空回小、传动效率高的谐波齿轮作为舵机减速机构。分别选择直流无刷电机和导电塑料式电位计作为电动舵机的功率元件和位置传感器。分析了电动舵机的各环节,建立了电动舵机系统数学模型。并以此为基础应用经典控制理论设计了电动舵机电流环、速度环、位置环的控制器。为了提高系统的跟随性能,采用复合控制原理,设计了速度和干扰力矩前馈控制器,使系统的跟随误差显著减小。为了进一步提高系统的快速响应能力,本文将模糊控制方法应用到电动舵机控制器的设计中,设计了模糊PID控制器,并对控制器的控制效果进行了仿真。仿真结果表明,该系统在大转矩下具有较高的精度和快速响应能力,达到指标要求。最后给出了电动舵机系统的硬件和软件方案。本文的工作对电动舵机的理论研究和工程设计具有一定的指导意义。