基于变结构控制的电动舵机设计

发布时间：2022-08-12 18:48

　　本文以某型号电动舵系统的研制为背景，研究了变结构控制技术在电动舵系统中的应用问题，旨在解决使用一般线性控制方法时电动舵系统抗干扰能力差、对于参数摄动敏感、负载能力小等问题。首先根据电动舵系统的应用要求和相关技术的发展状况，研究设计电动舵系统的技术方案。并在技术方案的基础上建立了各组成部分和舵系统的数学模型。为系统仿真和控制算法的设计奠定了基础。同时为了提高电动舵系统的鲁棒性，根据舵系统的数学模型，将变结构控制算法引入电动舵机中，设计了基于指数趋近律的变结构控制算法。采取符号函数连续化的方法减小系统的振颤。仿真结果表明，使用变结构控制算法的电动舵系统具有较强的负载能力，对于参数摄动具有较好的鲁棒性。最后，为了检验基于变结构控制的电动舵机的实际性能，研制了相应的原理样机，解决了变结构控制算法在电动舵系统上的工程实现问题，并进行了各种环境试验。实验结果表明，使用变结构控制算法的电动舵系统在弹性负载作用下具有较小的稳态误差，并且对于模型的不准确性有很强的适应能力，从实验上验证了仿真得到的结论。 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 电动舵系统发展状况
    1.3 滑模变结构控制理论发展状况
    1.4 论文各部分主要内容
第二章 电动舵机设计
    2.1 电动舵系统组成与工作原理
    2.2 电动舵机的性能要求
    2.3 电动伺服电机选择与计算
        2.3.1 舵机负载及功率
        2.3.2 伺服电机的功率计算
        2.3.3 伺服电机的选择
    2.4 舵机减速传动设计
        2.4.1 舵机减速传动方案
        2.4.2 传动机构减速比的设计
    2.5 伺服反馈测量装置
    2.6 数控驱动组合设计
        2.6.1 工作电源
        2.6.2 求和适配电路
        2.6.3 数字控制 DSP 处理电路
        2.6.4 功率隔离驱动电路
    2.7 舵机软件
    2.8 本章小结
第三章 电动舵机数学模型
    3.1 电动舵系统各部分及其数学模型
        3.1.1 直流伺服电机及其数学模型
        3.1.2 驱动器及其数学模型
        3.1.3 减速传动机构及其数学模型
        3.1.4 反馈电位器及其数学模型
        3.1.5 控制器及其数学模型
    3.2 无校正环节时电动舵系统的数学模型
    3.3 本章小结
第四章 滑模变结构算法设计
    4.1 控制算法选择
        4.1.1 滑模变结构控制算法
    4.2 滑模变结构控制算法设计
        4.2.1 切换面s%的设计
        4.2.2 趋近律选择
        4.2.3 系统抖振处理
    4.3 本章小结
第五章 数字仿真与试验结果分析
    5.1 舵系统的性能指标验证
        5.1.1 频域性能指标验证
        5.1.2 时域性能指标验证
    5.2 系统鲁棒性仿真分析
        5.2.1 不同幅值指令适应能力
        5.2.2 抗负载能力
        5.2.3 抗干扰能力
        5.2.4 抗参数变化能力
    5.3 试验结果与分析
        5.3.1 常温空载性能试验
        5.3.2 常温加载性能试验
        5.3.3 低温空载性能试验
        5.3.4 低温加载性能试验
        5.3.5 高温空载性能试验
        5.3.6 高温加载性能试验
        5.3.7 最大负载试验
        5.3.8 试验结果汇总与分析
    5.4 本章小结
第六章 变结构控制在电动舵机应用上一些关键问题的讨论
    6.1 稳定性讨论
        6.1.1 定性分析——李雅普诺夫第二方法
        6.1.2 定量分析
        6.1.3 拉偏试验
    6.2 微分问题的讨论
总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3676408