基于DSP和CPLD的无刷直流电机控制系统设计

无刷直流电机具有非线性、多变量、强耦合等特点,采用传统控制系统的控制算法有局限性,往往达不到预期的控制效果。根据特种水下航行器的使用要求,设计了一种无刷直流电机的控制系统方案,基于数字信号处理器(DSP)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和智能功率模块(IPM),采用提前换向控制算法,满足了电机控制系统不断增加计算速度和逻辑处理实时性的要求,简化了逻辑处理流程,实现了无刷直流电机的高效运行。经实验验证,电机系统效率高达92%,稳定性好、控制灵活,该系统可用作特种水下航行器的无刷直流电机控制装置。     

水下航行器低速无刷直流电机调速控制

以提升水下航行器低速无刷直流电机调速控制技术水平为目的,提出水下航行器低速无刷直流电机调速控制方法。通过水下航行器低速无刷直流电机数学模型,利用该数学模型输出低速无刷直流电机数学模型调速控制参数,然后设计模糊PID控制参数,利用麻雀搜索算法整定该模糊PID控制参数,通过调节输入值和实际反馈值的偏差,实现水下航行器低速无刷直流电机调速控制。实验结果表明,该方法计算水下航行器低速无刷直流电机电磁功率数值与实际值差值较小,对模糊PID控制参数整定能力较强,并可有效控制水下航行器低速无刷直流电机调速,且响应迅速超调量小,应用效果较佳。     

DSP在电机控制系统中的应用

本文以无刷直流电机和TMS320LF2407为例,介绍了DSP在电机控制系统中的应用,给出了基于DSP的无刷直流电机控制系统的软硬件设计。     

自主潜航器姿态控制力矩陀螺群的DSP控制系统设计

传统舵面执行机构在自主潜航器低速或零速状态时对其进行姿态控制舵效不足,为改善其操纵性能,引入框架控制力矩陀螺(CMG)作为自主潜航器的姿态控制执行机构,其中驱动系统由4台高速无刷直流电机及4台减速电机组成。考虑到自主潜航器对控制力矩陀螺电机的性能要求,设计了以数字信号处理器(DSP)TMS320F2812为核心的永磁无刷直流电机与蜗轮蜗杆减速电机调速控制系统,包括DSP主控模块、PWM光电隔离模块、驱动模块、JTAG接口模块、RS-232串行通信模块等硬件电路及系统上、下位机的控制软件程序。设计并制作了外围电路板,实现了对无刷直流电机驱动的陀螺转子进行启动停止、转速给定、转速测量等控制任务,以及蜗轮蜗杆减速电机驱动的陀螺框架启停及正反转响应迅速。试验表明,所设计的DSP控制系统能较好地满足自主潜航器姿态控制需求。     

基于 Matlab的水下航行器航向自抗扰控制方法研究*

水下航行器航行环境日趋复杂、传统的P ID控制日渐无法满足复杂的任务需求,为此论文采用自抗扰控制算法设计水下航行器航向态控制器,以达到替换老旧的P ID控制的目的。仿真结果表明,自抗扰控制器操舵平滑,控制速度快,鲁棒性和环境适应能力更好,完全能胜任水下航行器控制的要求。     

基于IRMCF343的无位置传感器BLDCM控制系统研究

针对频率自控式无刷直流电动机的转子检测和换相控制问题，提出一种基于IRMCF343的无位置传感器无刷直流电机控制系统．IRMCF343采用纯硬件电路执行无刷直流电机的转子磁场定向控制算法，该系统同时采用了通过测量电机定子电流来估算转子位置的方法和PID控制策略．本系统经过研究和开发后，在电机上进行测试，试验结果得到相电流、实时参考速度和反馈速度波形．试验结果证明，该系统电流响应快，电流波形较接近矩形，且反馈速度能达到设定值，故具有良好的动静态特性以及高度灵活的可配置性能．     

弱磁型四旋翼AUV的深度与姿态控制

为对磁性敏感的实验装置提供一个无磁干扰、具有一定深度以及姿态稳定的水下测试环境,设计一款基于经典比例积分微分（PID）算法控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器。本文通过外形设计,对该自主航行器进行三维建模,从而建立该AUV的运动学模型,进行稳定性分析。通过电气系统以及控制系统的设计与组装,调整各控制参数,成功搭建该自主航行器并进行水池实验。通过实验可知,基于PID控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器通过无浮力缆与上位机连接,可以实现定深以及定姿态的功能。同时将各个误差值控制在理想范围内,验证了该控制系统的稳定性以及鲁棒性。     

基于MC56F8346控制器的塞拉门控器研究

介绍了一种基于MC56F8346控制器的高速列车塞拉门控器的设计。其控制器采用速度、电流双闭环方式实现对无刷直流电机的控制,速度调节器和电流调节器均采用PI控制器控制,设计中分别运用了安全继电器及状态机来增加塞拉门运行的安全性和可靠性。给出了硬件框图以及软件控制算法。试验结果表明,所设计的高速列车塞拉门控制器能满足系统要求。     

多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线性适量运动算法,对水下航行器矢量推进下的运动进行数学模型建立分析;得到运动参数后,引入动力分组控制算法,根据计算得到的运动参数,对水下航行器进行深度分组控制模型的建立计算,从而得到准确的控制参量。最后,通过设计的仿真实验对上述分析结果进行准确性验证,证明提出方法的可行性。     

水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现

为了提高水下航行器的蔽障性能,进行组合导航蔽障控制器优化设计。针对水下航行器导航中容易出现横滚误差的问题,提出一种基于横滚小扰动误差补偿的组合导航蔽障控制算法,构建水下航行器组合导航蔽障控制对象模型,进行控制约束参量分析,设计组合导航蔽障的运动方程和控制目标函数,采用小扰动误差补偿方法进行横滚误差抑制,提高控制精度,在纵向运动的弹道模型下实现控制器的优化设计。仿真结果表明,采用该控制方法进行水下航行器组合导航蔽障控制的误差较小,收敛性和鲁棒性较好,性能优越。     

基于CAN总线的水下航行器分布式控制系统的研究与设计

论文将介绍一种应用于水下航行器的分布式控制系统的设计方法,该系统由中央控制单元、通讯部分和分布式控制器组成,具有连线简单、扩充方便、通讯稳定可靠、控制实时性高等特点.并对分布式控制器的硬件电路设计和控制软件作了阐述,该控制系统已应用于某大型水下航行器中,控制效果良好.     

水下航行器辅机电机振动分析及控制对策

控制水下航行器辅机产生的机械噪声一直是水下航行器减振降噪研究的热点。从能量传递方面来看,这类噪声均来源于作为驱动源的电机振动。本文从电机理论的角度讨论水下航行器辅机电机的振动原因,重点分析产生电磁振动的径向电磁力,论述水下航行器辅机用3种常用电机径向电磁力的产生特点。结合水下航行器设计使用特点,介绍辅机电机振动控制的3个对策。     

无刷直流电机无传感器控制系统建模与仿真

开发无刷直流电机高性能控制系统，仿真是缩短开发周期的一个重要环节。针对无刷无传感器直流电机控制系统的结构特点，建立了仿真模型，仿真结果比较理想。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

大型船用无刷直流电机转矩脉动抑制方法

针对大型舰船用无刷直流电机在运行过程中会出现转矩脉动的问题,设计基于开通角的大型舰船用无刷直流电机转矩脉动抑制方法,提高大型舰船用无刷直流电机转矩脉动抑制能力。构建舰船用无刷直流电机数学模型,在该模型基础上分析舰船用无刷直流电机的换相过程中电流变化情况,针对换相产生的转矩脉动,采用开通角控制开通相的开通时间,实现大型舰船用无刷直流电机转矩脉动抑制。实验结果表明：在电机低速和高速运行时,分别采用推迟开通相开通时间、提前开通相开通时间等方式,抑制大型舰船用无刷直流电机转矩脉动,该方法可有效抑制电机转矩脉动,满足不同工况下电机运行的需求,保障大型舰船用无刷直流电机安全运行。     

无人水下航行器分布式运动控制系统设计与仿真验证

针对传统采用RS422通信的集中式管理中心任务过重、可靠性差、抗干扰能力差等缺点,设计开发一种基于CAN总线的无人水下航行器分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,该控制系统可以更容易地接入功能模块且无须对现有硬件进行重新设计,具有很好的可扩展性,并充分考虑了该航行器的安全性及可靠性问题。首先,给出分布式控制系统的构建方案,再针对核心PC104控制管理中心给出主要控制模型方法,随后通过建立空间运动方程,完成对控制系统的模型建设和控制器软硬件设计工作,并通过实验室数字仿真和半实物仿真进行验证。结果表明,该控制系统具有性能稳定、传输效率高等特点,能够满足无人水下航行器的使用要求。     

远距操作水下航行器的稳定性和操纵性预报

水下航行器的控制是一个复杂的工作领域，对现代航行器性能的要求对应用型控制工程师有很大压力。模拟与水下试验的结合可以产生很有效的设计环境，本文描述了低成本远距操作水下航行器（ＲＯＶ）的设计。该航行器将作为研究水下航行器控制策略的测试台，将自主式水下航行器的一种易于理解的模拟用于ＲＯＶ的模型，并提供了程序包对性能行为的预报图示结果。     

无人水下航行器的智能航行控制

水下无人航行器是探索未知水域的重要设备,但是传统水下无人航行器的智能航行控制系统,受到水域信号传播限制,造成智能控制范围较小,为此设计无人水下航行器的智能航行控制系统。使用水域深度变换器对智能控制器进行重新设计,根据水域深度变化进行不同方式的控制切换,优化PID控制器,改变水域信号传输方式,根据需求进行多传输方式的切换;使用粒子群算法对智能控制方式进行规划,对不同水域控制方式进行最优选择,实现航行智能控制系统设计。试验结果表明,设计的控制系统能在水下2 000 m内进行有效控制,比传统控制系统多出800 m的有效范围,因此本文设计系统具备极高的有效性。     

无轴推进电机技术应用研究

对可用于水面及水下航行器无轴推进系统4种推进电机工作原理、特点、转矩强度、电力变换器要求、声学性能等技术方面的研究分析比较,得出采用交流永磁同步电机是当前无轴推进器应用的最佳选择。