高精度导弹舵机控制器的研究
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摘要
论文在分析导弹舵机控制器基本原理的基础上，给出了以TMS320F／C240DSP芯片、IR2130功率驱动芯片为核心的由单一控制器实现四套舵机伺服控制的设计方案。
在硬件设计方面，论文对舵机控制器中经常出现的功率器件开关时的高频干扰和自举元件选取等问题进行了深入的讨论，分析了浮动电压基准(Vs)负过冲的产生机理和危害，提出了具体的解决措施。
在软件设计方面，论文详细的给出了TMS320系列DSP全新的软件开发方法。该方法以集成开发环境中的公共目标文件格式COFF(Common Object File Format)和运行环境(Run-Time Environment)为特色，是嵌入式系统软件开发方法的一次有益尝试。同时对若干关键的源程序代码进行了详细的分析。
在具体算法设计方面，论文提出了由电流环、速度环和位置环所组成的全数字三闭环控制算法。其中电流环采用比例调节算法；速度环采用比例积分调节算法；位置环采用模糊自整定PID控制算法。本文对传统PID控制算法的响应和模糊自整定PID控制算法的响应进行了比较分析。
本论文设计的舵机控制器已经过了初步的实验室系统联调，结果表明系统硬件和软件设计合理可行，性能稳定、可靠，基本达到了设计要求。
The paper represents the whole sheme of a kind of missile rudder controller , which can adjust four rudders on one missile spontaneously after introducing the basic pricinples of missle rudder system .
In hardware design , on one hand the internal construction of International Rectifier's power drive integration circuit are explained . On the other hand the nature and influence of parasitics in the gate drive circuit and the method of bootstrap component selection , which are frequently encountered in this field , are interpreted in detail . What is more , the paper analyzes Vs undershoot and gives some effective countermeasures.
In software design , first the paper discusses the integrated software development environment for Texa Instrument's TMS320C2xx DSP , which is characterized by Common Object File Format and Run-Time Environment . The paper also shows some key source routine carefully .
The main algorithm -completely-digital triple-loop Control , composed by current loop , velocity loop and position loop is adopted . Moreover , some beneficial practical research has been done about fuzzy-PID control algorithm in position loop design.
A large amount of data and result acquired from the experiments reveals that the controller can fulfill the desired dynamic and static characteristics excellently .
在硬件设计方面，论文对舵机控制器中经常出现的功率器件开关时的高频干扰和自举元件选取等问题进行了深入的讨论，分析了浮动电压基准(Vs)负过冲的产生机理和危害，提出了具体的解决措施。
在软件设计方面，论文详细的给出了TMS320系列DSP全新的软件开发方法。该方法以集成开发环境中的公共目标文件格式COFF(Common Object File Format)和运行环境(Run-Time Environment)为特色，是嵌入式系统软件开发方法的一次有益尝试。同时对若干关键的源程序代码进行了详细的分析。
在具体算法设计方面，论文提出了由电流环、速度环和位置环所组成的全数字三闭环控制算法。其中电流环采用比例调节算法；速度环采用比例积分调节算法；位置环采用模糊自整定PID控制算法。本文对传统PID控制算法的响应和模糊自整定PID控制算法的响应进行了比较分析。
本论文设计的舵机控制器已经过了初步的实验室系统联调，结果表明系统硬件和软件设计合理可行，性能稳定、可靠，基本达到了设计要求。
The paper represents the whole sheme of a kind of missile rudder controller , which can adjust four rudders on one missile spontaneously after introducing the basic pricinples of missle rudder system .
In hardware design , on one hand the internal construction of International Rectifier's power drive integration circuit are explained . On the other hand the nature and influence of parasitics in the gate drive circuit and the method of bootstrap component selection , which are frequently encountered in this field , are interpreted in detail . What is more , the paper analyzes Vs undershoot and gives some effective countermeasures.
In software design , first the paper discusses the integrated software development environment for Texa Instrument's TMS320C2xx DSP , which is characterized by Common Object File Format and Run-Time Environment . The paper also shows some key source routine carefully .
The main algorithm -completely-digital triple-loop Control , composed by current loop , velocity loop and position loop is adopted . Moreover , some beneficial practical research has been done about fuzzy-PID control algorithm in position loop design.
A large amount of data and result acquired from the experiments reveals that the controller can fulfill the desired dynamic and static characteristics excellently .
引文
【1】Steve Clemente Gate Drive Characteristics and Requirements for Power MOSFETs International Rectifier
【2】Steve Clemente and Ajit Dubhashi HV Floating MOS--Gate Drive IC International Rectifier
【3】6--Output 600V Drivers Simplify 3--Phase Motor Drives for Low/high-- Side Switching International Rectifier
【4】Solving Noise Problems in High Power, High Frequency Control IC--Driven Power Stages International Rectifier
【5】Gerry Limjuco and Dana Wilhelllm Miniaturization of the Power Electronics for Motor Drives International Rectifier
【6】Chris Choi and Dana Wilhellm Design Check List for IR21xx Control ICs International Rectifier
【7】Jamie Catt 3--Phase Bridge Drive with Overcurrent Protection International Rectifier
【8】The Dos and Don'ts of Using MOS-Gated Transistors International Rectifier
【9】Gate Drive Characteristics and Requirements for HEXFETs International Rectifier
【10】S. Clemente, B.R.Pelly and A.isidori Understanding HEXFET Switching Performance International Rectifier
【11】D.grant Using HEXFET in PWM Inverters for Motor Drives and UPS Systerms International Rectifier
【12】Chris Chey and John Parry Managing Transients in Control IC Driven Power Stages International Rectifier
【13】Jonathan Adams Bootstrap Component Selection For Control IC's International Rectifier
【14】TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide----CPU and Instruction Set Texas Instruments June 1999
【15】TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide----Peripheral Library and Specific Devices Texas Instruments June 1999
【16】TMS320C1x/C2x/C2xx/C5x Assembly Language Tools User's Guide Texas Instruments 1995
【17】TMS320C2x/C2xx/C5x Optimizing C Compiler User's Guide Texas Instruments August 1999
【18】Code Composer User's Guide Texas Instruments October 1999
【19】Jeff Crankshaw Understanding the TMS320F240 External Memory Interface Digital Signal Processing Solutions June 1998
【20】TMS320C2xx Simulator Getting Started Guide Texas Instruments April 1996
【21】Implementation of a Speed Controlled Brushless DC Drive Using TMS320F240 Texas Instruments July 1997
【22】Implementation of a Sensorless Speed Controlled Brushless DC Drive Using TMS320F240 Texas Instruments November 1997
【23】邓凌峰 刘丁 李琦 基于DSP的全数字直流模糊位置伺服控制系统 电气传动 2000．2
【24】李竟 胡保生 模糊PID增益调节器的算法、结构及硬件实现 西安交通大学学报 1998．3
【25】戴丽萍 模糊自镇定参数PID的设计与仿真 武汉化工学院学报 2002．6
【26】白雷石 杨华 基于DSP的无刷直流电机控制系统 电气传动自动化 2002．4
【27】张争争 任永德 谢宝昌 基于DSP的无刷直流电机控制系统
微特电机 2001．2
【28】潘新民 王燕芳编著 微型计算机控制计数 高等教育出版社 2001．7
【29】尹泉 余高明 万淑芸 基于DSP的永磁无刷直流伺服电机全数字控制系统 电力电子技术 2001．6
【30】袁宏 郭淑芬 沙茂伟 交流伺服系统的现状和发展趋势 沈阳工业大学学报 1995．6
【31】章云 谢莉萍 熊红艳 DSP控制器及其应用 机械工业出版社 2001．8
【32】刘和平 严利平 张学锋 卓清锋 TMS320LF240x DSP结构、原理及应用 机械工业出版社 2002．4
【33】黄俊 王兆安 电力电子变流技术 机械工业出版社 1999．5
【34】于旭亮 一种FUZZY自调整PID调节器的应用 炼油化工自动化 1997．6
【35】张相军 陈伯时 无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响 电机与控制学报 2003．6
【36】况荣华 容太平 一种新型PID参数自适应模糊控制器 华中科技大学学报 2001．6
【37】曹云峰 翁新根 杨巧旭 一种新型电动舵机系统 南京航空航天大学学报 1996．10
【38】曹宏伟 邓泽生 邬伟杨 DSP用于无传感器的直流无刷电机的控制 半导体技术 2001．5
【39】王树青 先进控制技术及应用 化学工业出版社 2001．6
【40】徐德民等 鱼雷自动控制系统 西北工业大学出版社 1991．6
【41】李钟明 刘卫国等著 稀土永磁电机 国防工业出版社 1999．7
【42】洪南生 刘元江 永磁无刷直流电机转矩波动分析与降低方法研究 福建电力与电工 1999．7
【43】周凤岐 陈瑜 一种新型的伺服系统—变结构谐波传动电动伺服系统 导弹与航天运载技术 2001．2
【44】任海鹏 刘丁 李琦 DSP在无刷直流电机伺服系统中的应用 微特电机 2000．2
【45】史涔 林瑞光 永磁无刷直流电机转矩脉动抑制的分析与仿真 中小型电机 2003．1
【2】Steve Clemente and Ajit Dubhashi HV Floating MOS--Gate Drive IC International Rectifier
【3】6--Output 600V Drivers Simplify 3--Phase Motor Drives for Low/high-- Side Switching International Rectifier
【4】Solving Noise Problems in High Power, High Frequency Control IC--Driven Power Stages International Rectifier
【5】Gerry Limjuco and Dana Wilhelllm Miniaturization of the Power Electronics for Motor Drives International Rectifier
【6】Chris Choi and Dana Wilhellm Design Check List for IR21xx Control ICs International Rectifier
【7】Jamie Catt 3--Phase Bridge Drive with Overcurrent Protection International Rectifier
【8】The Dos and Don'ts of Using MOS-Gated Transistors International Rectifier
【9】Gate Drive Characteristics and Requirements for HEXFETs International Rectifier
【10】S. Clemente, B.R.Pelly and A.isidori Understanding HEXFET Switching Performance International Rectifier
【11】D.grant Using HEXFET in PWM Inverters for Motor Drives and UPS Systerms International Rectifier
【12】Chris Chey and John Parry Managing Transients in Control IC Driven Power Stages International Rectifier
【13】Jonathan Adams Bootstrap Component Selection For Control IC's International Rectifier
【14】TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide----CPU and Instruction Set Texas Instruments June 1999
【15】TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide----Peripheral Library and Specific Devices Texas Instruments June 1999
【16】TMS320C1x/C2x/C2xx/C5x Assembly Language Tools User's Guide Texas Instruments 1995
【17】TMS320C2x/C2xx/C5x Optimizing C Compiler User's Guide Texas Instruments August 1999
【18】Code Composer User's Guide Texas Instruments October 1999
【19】Jeff Crankshaw Understanding the TMS320F240 External Memory Interface Digital Signal Processing Solutions June 1998
【20】TMS320C2xx Simulator Getting Started Guide Texas Instruments April 1996
【21】Implementation of a Speed Controlled Brushless DC Drive Using TMS320F240 Texas Instruments July 1997
【22】Implementation of a Sensorless Speed Controlled Brushless DC Drive Using TMS320F240 Texas Instruments November 1997
【23】邓凌峰 刘丁 李琦 基于DSP的全数字直流模糊位置伺服控制系统 电气传动 2000．2
【24】李竟 胡保生 模糊PID增益调节器的算法、结构及硬件实现 西安交通大学学报 1998．3
【25】戴丽萍 模糊自镇定参数PID的设计与仿真 武汉化工学院学报 2002．6
【26】白雷石 杨华 基于DSP的无刷直流电机控制系统 电气传动自动化 2002．4
【27】张争争 任永德 谢宝昌 基于DSP的无刷直流电机控制系统
微特电机 2001．2
【28】潘新民 王燕芳编著 微型计算机控制计数 高等教育出版社 2001．7
【29】尹泉 余高明 万淑芸 基于DSP的永磁无刷直流伺服电机全数字控制系统 电力电子技术 2001．6
【30】袁宏 郭淑芬 沙茂伟 交流伺服系统的现状和发展趋势 沈阳工业大学学报 1995．6
【31】章云 谢莉萍 熊红艳 DSP控制器及其应用 机械工业出版社 2001．8
【32】刘和平 严利平 张学锋 卓清锋 TMS320LF240x DSP结构、原理及应用 机械工业出版社 2002．4
【33】黄俊 王兆安 电力电子变流技术 机械工业出版社 1999．5
【34】于旭亮 一种FUZZY自调整PID调节器的应用 炼油化工自动化 1997．6
【35】张相军 陈伯时 无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响 电机与控制学报 2003．6
【36】况荣华 容太平 一种新型PID参数自适应模糊控制器 华中科技大学学报 2001．6
【37】曹云峰 翁新根 杨巧旭 一种新型电动舵机系统 南京航空航天大学学报 1996．10
【38】曹宏伟 邓泽生 邬伟杨 DSP用于无传感器的直流无刷电机的控制 半导体技术 2001．5
【39】王树青 先进控制技术及应用 化学工业出版社 2001．6
【40】徐德民等 鱼雷自动控制系统 西北工业大学出版社 1991．6
【41】李钟明 刘卫国等著 稀土永磁电机 国防工业出版社 1999．7
【42】洪南生 刘元江 永磁无刷直流电机转矩波动分析与降低方法研究 福建电力与电工 1999．7
【43】周凤岐 陈瑜 一种新型的伺服系统—变结构谐波传动电动伺服系统 导弹与航天运载技术 2001．2
【44】任海鹏 刘丁 李琦 DSP在无刷直流电机伺服系统中的应用 微特电机 2000．2
【45】史涔 林瑞光 永磁无刷直流电机转矩脉动抑制的分析与仿真 中小型电机 2003．1
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