基于DSP的数字伺服系统研制及控制算法的研究
摘要
随着各种高新技术应用到巡航导弹、隐形飞机、激光武器、无人驾驶侦察机、雷达，其目标识别能力、隐蔽程度、攻击能力、目标命中精度均大大提高，对防空体系中的伺服系统提出了更高、更新的要求。伺服系统是以机电一体化、自动控制技术为主体，多个学科结合的有机产物，具有非常广阔的应用前景，其研究成为热点。
首先，本文阐述了基于DSP的数字伺服系统总体设计。文中详细研究了基于DSP的数字伺服系统总体结构，并从系统应有的输出能力要求出发，选定稀土永磁同步交流无刷伺服电机和驱动器；再从系统精度要求出发，选择和设计以双通道旋转变压器与轴角编码器组合的检测装置；最后从控制系统出发，设计了DSP伺服控制器的总体结构，并围绕主控芯片TMS320F206详细介绍了伺服控制器、采样控制电路、输出控制电路及外围接口电路的具体设计。
其次，本文给出了基于DSP的数字伺服系统软件设计。伺服系统中的控制软件存储在DSP芯片中，主要由信号采集、发送、数据处理和控制算法部分组成。信号采集和发送包括与计算机之间的信息交换，以及实际架位信号的采集；数据处理主要完成对各种信号采样、滤波等操作；控制算法部分主要负责控制量的计算。
然后，详细研究了控制算法，针对基于DSP的数字伺服系统的控制精度高、速度快等特点，采用传统PID算法和智能PID算法对系统进行了仿真，并得出传统的PID算法不能满足技术指标的要求。
最后，在实际调试中，为达到系统的各项技术指标，采用了智能PID算法，并加入前馈补偿复合控制算法，系统控制精度明显改善，极大地提高了系统性能。
本文所设计的数字伺服系统在跟踪各种典型信号时取得了令人满意的控制效果，系统运行稳定，满足技术指标要求。
With the application of high-tech in cruise missiles, stealth aircraft, laser weapons, unmanned aircraft, radars, the target identifying capabilities, hiding degree and attacking accuracy are improved so greatly that the request for servo system in air defense system should be higher and newer. Based on electromechanical integration and automatic control technology and being as the organic product, servo system has a very broad prospect and, and the research becomes a hot spot.
Firstly, the paper elaborates general design for the DSP-based digital servo system. This paper elaborates the DSP-based digital servo system's overall structure, and based on the system output capacity requirements, chooses Rare-earth permanent magnet brushless synchronous servo motor and driver; then according to the precision of the system requirements, chooses a dual-channel rotary transformers and rotary encoder combination of detection devices; finally, introduces the design of DSP servo system, and analyses servo controller, the sampling control circuit, the output control circuit and the peripheral interface circuit based on the micro controller TM320F206.
Secondly, this paper presents a software design based on DSP digital servo system. The control software of Servo system control is composed of the main signal acquisition and sending, data processing and control algorithm components. Signal collecting and sending includes the information exchange in computers and position data collecting; data processing is sampling and filtering kinds of signals; control algorithm charges the calculation on controlling parts.
Thirdly, it makes a detailed study in control algorithm. Concerning the high accuracy and high speed of DSP-based digital servo system, makes a compare between the results from traditional PID algorithm simulation and intelligent PID algorithm simulation, and it shows that traditional PID algorithm can not meet performance criteria.
Finally, in the actual test, To achieve the various technical indicators, the system uses intelligent PID algorithm, feed forward compensation to complex control algorithms to achieve the targets, and System's control accuracy is improved significantly, and the system performance is greatly enhanced.
tracking all kinds of typical signals, the Digital Servo System have achieved satisfactory control effect, which runs stably and meets technical requirements.
首先，本文阐述了基于DSP的数字伺服系统总体设计。文中详细研究了基于DSP的数字伺服系统总体结构，并从系统应有的输出能力要求出发，选定稀土永磁同步交流无刷伺服电机和驱动器；再从系统精度要求出发，选择和设计以双通道旋转变压器与轴角编码器组合的检测装置；最后从控制系统出发，设计了DSP伺服控制器的总体结构，并围绕主控芯片TMS320F206详细介绍了伺服控制器、采样控制电路、输出控制电路及外围接口电路的具体设计。
其次，本文给出了基于DSP的数字伺服系统软件设计。伺服系统中的控制软件存储在DSP芯片中，主要由信号采集、发送、数据处理和控制算法部分组成。信号采集和发送包括与计算机之间的信息交换，以及实际架位信号的采集；数据处理主要完成对各种信号采样、滤波等操作；控制算法部分主要负责控制量的计算。
然后，详细研究了控制算法，针对基于DSP的数字伺服系统的控制精度高、速度快等特点，采用传统PID算法和智能PID算法对系统进行了仿真，并得出传统的PID算法不能满足技术指标的要求。
最后，在实际调试中，为达到系统的各项技术指标，采用了智能PID算法，并加入前馈补偿复合控制算法，系统控制精度明显改善，极大地提高了系统性能。
本文所设计的数字伺服系统在跟踪各种典型信号时取得了令人满意的控制效果，系统运行稳定，满足技术指标要求。
With the application of high-tech in cruise missiles, stealth aircraft, laser weapons, unmanned aircraft, radars, the target identifying capabilities, hiding degree and attacking accuracy are improved so greatly that the request for servo system in air defense system should be higher and newer. Based on electromechanical integration and automatic control technology and being as the organic product, servo system has a very broad prospect and, and the research becomes a hot spot.
Firstly, the paper elaborates general design for the DSP-based digital servo system. This paper elaborates the DSP-based digital servo system's overall structure, and based on the system output capacity requirements, chooses Rare-earth permanent magnet brushless synchronous servo motor and driver; then according to the precision of the system requirements, chooses a dual-channel rotary transformers and rotary encoder combination of detection devices; finally, introduces the design of DSP servo system, and analyses servo controller, the sampling control circuit, the output control circuit and the peripheral interface circuit based on the micro controller TM320F206.
Secondly, this paper presents a software design based on DSP digital servo system. The control software of Servo system control is composed of the main signal acquisition and sending, data processing and control algorithm components. Signal collecting and sending includes the information exchange in computers and position data collecting; data processing is sampling and filtering kinds of signals; control algorithm charges the calculation on controlling parts.
Thirdly, it makes a detailed study in control algorithm. Concerning the high accuracy and high speed of DSP-based digital servo system, makes a compare between the results from traditional PID algorithm simulation and intelligent PID algorithm simulation, and it shows that traditional PID algorithm can not meet performance criteria.
Finally, in the actual test, To achieve the various technical indicators, the system uses intelligent PID algorithm, feed forward compensation to complex control algorithms to achieve the targets, and System's control accuracy is improved significantly, and the system performance is greatly enhanced.
tracking all kinds of typical signals, the Digital Servo System have achieved satisfactory control effect, which runs stably and meets technical requirements.
引文
[1] 徐承忠，王执铨，王海燕．数字伺服系统[M]．北京：国防工业出版社，1994．
[2] 舒志兵，梅志千，等．交流伺服运动控制系统[M]．北京：清华大学出版社，2006．
[3] 李刚，林凌，叶文字，等．TMS320F206 DSP结构、原理及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
[4] 胡寿松．自动控制原理[M]．北京：国防工业出版社，1994．
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[8] 曾森．高速高精度高炮数字伺服系统研制[D]．南京：南京理工大学自动化系，2004．
[9] 田俊．基于DSP的数字量信号发生器的研制[D]．南京：南京理工大学自动化学院，2006．
[10] 胡双武．基于DSP某型发射装置伺服系统研制[D]．南京工大学自动化学院，2006．
[11] 彭启宗，李玉柏．DSP技术[M]．北京：电子科技大学出版社，1997．
[12] 闫英敏，刘卫国，孙世宗，胡长义．基于DSP的双伺服驱动系统[J]．火力与指挥控制，2006，31(3)：50-57．
[13] 王潞钢，陈林康，曾岳南，许贤昶．DSPC2000程序员高手教师进阶[M]．北京：机械工业出版社，2004．
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