超声电动舵机驱动与姿态测量控制器技术研究
发布时间：2023-04-23 03:23
固定鸭式舵机二维弹道修正火箭弹,主要采用传统电磁电机驱动固定鸭舵进行弹道修正。超声电机具有不受电磁干扰,断电时具有自锁特性。采用超声电机取代传统直流电机进行固定鸭舵式火箭弹弹道修正的方案,具有抗干扰性更好、响应更快、体积更小、结构更简单、成本更低、噪声更低等特点。有利于制导火箭弹向小型化、低成本化的方向发展。本文旨在为利用超声电机驱动固定鸭舵进行二维弹道修正的方案提供一个软硬件的平台,并不涉及具体的飞控算法。本文首先对固定鸭式舵机修正火箭弹的工作原理以及国内外的发展现状进行了介绍。阐述了超声电机与传统电机的优缺点,指出了利用超声电机取代传统电磁式电机驱动固定鸭舵进行二维弹道修正的优点。介绍了超声电机基本工作原理、控制策略以及火箭弹姿态检测相关理论。研究了基于固定鸭式舵机二维弹道修正火箭弹的超声电动舵机驱动与姿态测量控制器技术,对控制器的工作原理、结构组成进行了阐述。给出了控制器的系统架构设计,论述了控制器各部分电路的方案设计,包括主控制模块、隔离电路、供电电路、下载调试接口电路、姿态检测电路以及驱动电路的设计与实现。接着阐述了控制器系统软件设计与编写方法,并完成了相关软件的编写工作。完...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.3 本文主要工作及结构安排
第2章 控制器基本知识
2.1 超声电机驱动固定鸭舵对火箭弹弹道进行修正的工作原理
2.2 超声电机驱动固定鸭舵式火箭弹修正组件的结构特点
2.2.1 结构组成
2.2.2 舵片受力分析
2.3 姿态检测知识
2.3.1 姿态角基本知识
2.3.2 常用的角度检测方式
2.4 火箭弹姿态检测策略
2.5 姿态检测模块芯片选取与介绍
2.6 超声波电动机的工作运行原理
2.7 超声波电动机的选型
2.8 超声电机的控制策略
2.9 超声电机的调速方式
2.10 本章小结
第3章 系统架构设计
3.1 主控制芯片CY8C5LP的功能与特点
3.2 超声电机驱动与姿态测量控制器系统架构设计
3.3 超声电机的驱动方案拓扑结构设计
3.3.1 超声电机在电路中的等效电路模型
3.3.2 驱动电路的拓扑结构的选择
3.3.3 逆变电路的框架设计
3.4 本章小结
第4章 控制器硬件设计与实现
4.1 控制器主控制模块设计
4.1.1 控制器主控制模块最小系统设计
4.1.2 控制模块的下载调试端口设计
4.2 MEMS传感器模块设计
4.3 超声电机驱动模块电路设计
4.3.1 驱动电路的框架设计
4.3.2 驱动芯片的选取
4.3.3 开关管的选取
4.3.4 超声电机驱动模块原理图设计
4.4 变压器的设计
4.4.1 变压器匝数比和占空比的设定
4.4.2 变压器磁芯的选取
4.4.3 变压器绕组的设计
4.4.4 变压器绕线线径的选择
4.4.5 变压器的绕法
4.4.6 输出匹配电路的设计
4.5 卫星定位接收机模块和记录仪通讯接口设计
4.6 供电电源模块和隔离电路设计
4.6.1 供电电路拓扑结构设计
4.6.2 电源隔离电路设计
4.6.3 PWM隔离电路设计
4.7 控制器的PCB设计与实现
4.8 本章小结
第5章 基于PSOC的底层软件设计与实现
5.1 软件开发平台介绍
5.2 PSOC Creater开发设计流程
5.3 系统程序的总体设计
5.3.1 系统程序结构设计
5.3.2 程序流程图的设计
5.4 GNSS数据解析程序设计
5.4.1 配置UART串口模块
5.4.2 定位信息数据格式介绍
5.4.3 定位信息数据解析程序设计
5.5 MEMS姿态解算软件设计
5.5.1 IIC通信模块的配置
5.5.2 MPU6050的解算程序设计
5.6 PWM控制程序的设计
5.6.1 PWM的程序设计的要求
5.6.2 PSOC的PWM组件的介绍
5.6.3 PWM组件的基础配置
5.6.4 PWM周期与死区时间的配置
5.6.5 PWM正、反转的相位设计
5.6.6 PWM正反转启停程序设计
5.7 本章小结
第6章 样机的调试与试验结果分析
6.1 控制器样机的调试
6.1.1 供电模块电路的调试
6.1.2 PSOC主控电路最小系统的调试
6.1.3 主控制板PWM信号的调试
6.1.4 驱动电路的调试
6.1.5 匹配电感的适配
6.2 超声电机调速试验
6.2.1 改变相位的调速试验
6.2.2 改变驱动频率的调速试验
6.2.3 改变占空比的调速试验
6.2.4 断续驱动控制的调速试验
6.2.5 超声电机工作频率与温升的关系
6.3 MEMS模块姿态测量模拟试验
6.4 姿态修正模拟试验
6.5 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
本文编号：3798982
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.3 本文主要工作及结构安排
第2章 控制器基本知识
2.1 超声电机驱动固定鸭舵对火箭弹弹道进行修正的工作原理
2.2 超声电机驱动固定鸭舵式火箭弹修正组件的结构特点
2.2.1 结构组成
2.2.2 舵片受力分析
2.3 姿态检测知识
2.3.1 姿态角基本知识
2.3.2 常用的角度检测方式
2.4 火箭弹姿态检测策略
2.5 姿态检测模块芯片选取与介绍
2.6 超声波电动机的工作运行原理
2.7 超声波电动机的选型
2.8 超声电机的控制策略
2.9 超声电机的调速方式
2.10 本章小结
第3章 系统架构设计
3.1 主控制芯片CY8C5LP的功能与特点
3.2 超声电机驱动与姿态测量控制器系统架构设计
3.3 超声电机的驱动方案拓扑结构设计
3.3.1 超声电机在电路中的等效电路模型
3.3.2 驱动电路的拓扑结构的选择
3.3.3 逆变电路的框架设计
3.4 本章小结
第4章 控制器硬件设计与实现
4.1 控制器主控制模块设计
4.1.1 控制器主控制模块最小系统设计
4.1.2 控制模块的下载调试端口设计
4.2 MEMS传感器模块设计
4.3 超声电机驱动模块电路设计
4.3.1 驱动电路的框架设计
4.3.2 驱动芯片的选取
4.3.3 开关管的选取
4.3.4 超声电机驱动模块原理图设计
4.4 变压器的设计
4.4.1 变压器匝数比和占空比的设定
4.4.2 变压器磁芯的选取
4.4.3 变压器绕组的设计
4.4.4 变压器绕线线径的选择
4.4.5 变压器的绕法
4.4.6 输出匹配电路的设计
4.5 卫星定位接收机模块和记录仪通讯接口设计
4.6 供电电源模块和隔离电路设计
4.6.1 供电电路拓扑结构设计
4.6.2 电源隔离电路设计
4.6.3 PWM隔离电路设计
4.7 控制器的PCB设计与实现
4.8 本章小结
第5章 基于PSOC的底层软件设计与实现
5.1 软件开发平台介绍
5.2 PSOC Creater开发设计流程
5.3 系统程序的总体设计
5.3.1 系统程序结构设计
5.3.2 程序流程图的设计
5.4 GNSS数据解析程序设计
5.4.1 配置UART串口模块
5.4.2 定位信息数据格式介绍
5.4.3 定位信息数据解析程序设计
5.5 MEMS姿态解算软件设计
5.5.1 IIC通信模块的配置
5.5.2 MPU6050的解算程序设计
5.6 PWM控制程序的设计
5.6.1 PWM的程序设计的要求
5.6.2 PSOC的PWM组件的介绍
5.6.3 PWM组件的基础配置
5.6.4 PWM周期与死区时间的配置
5.6.5 PWM正、反转的相位设计
5.6.6 PWM正反转启停程序设计
5.7 本章小结
第6章 样机的调试与试验结果分析
6.1 控制器样机的调试
6.1.1 供电模块电路的调试
6.1.2 PSOC主控电路最小系统的调试
6.1.3 主控制板PWM信号的调试
6.1.4 驱动电路的调试
6.1.5 匹配电感的适配
6.2 超声电机调速试验
6.2.1 改变相位的调速试验
6.2.2 改变驱动频率的调速试验
6.2.3 改变占空比的调速试验
6.2.4 断续驱动控制的调速试验
6.2.5 超声电机工作频率与温升的关系
6.3 MEMS模块姿态测量模拟试验
6.4 姿态修正模拟试验
6.5 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
本文编号：3798982
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