MATLAB小型电动舵机控制算法设计及仿真(2)
4.2 PID控制原理 13
4.3 PID控制算法 15
4.4控制算法的设计 16
5 仿真及结果分析 23
5.1.阶跃性能仿真 23
5.2.跟踪性能仿真 25
结 论 31
致 谢 32
参考文献33
1 绪论
1.1研究背景
舵机是导弹弹体控制系统的执行系统，一般和驱动装置以及反馈回路一起组成一个闭合回路，称为舵机系统。舵机系统工作时，由驱动装置接受控制指令指挥控制舵机转动进而操纵舵面偏转，在舵面偏转的同时，反馈回路将实时的位置信号传送给控制器，从而完成对舵面偏转角度的修正。
舵机按照所使用的能源来分类，可以分为：液压舵机、电动舵机和气动舵机。
传统的导弹和火箭大部分都采用液压伺服系统或气压伺服系统。液压舵机的特点是机械时间常数小，负载刚度高，系统频带宽，功率大，响应迅速，但缺点是零部件加工精度要求高，制造成本大，文护费用高且加工周期长。气动舵机出现的比较早，并且由于他具有造价低廉，结构简单，消耗能源少，污染不敏感等优点，至今仍有较高的研究和使用价值。燃气舵机具有重量轻、体积小、价格低廉等优点，但高温燃气给电磁阀的设计和密封带来很大的困难，再有机械时间常数大、工作时间短、受材料耐热的限制等缺点，使其不能够被广泛的应用，目前局限于在小型弹上使用。
与以上几种舵机相比，电动舵机能源单一就是使用电能，并且存储、文护方便，但其存在转动惯量大，功率比低，时间常数大等缺点，所以没能得到广泛应用。近年来，随着社会经济的快速发展，科学电子技术的飞跃进步，新型的电机控制理论被相继提出，稀土等永磁材料的发现，在各个学科发展的基础上，电动舵机系统研究和开发也取得很大进步，再加上其本身具有加工制造成本低，易于文护，结构紧凑，经济性能好等优点，使得电动舵机系统已开始广泛应用于导弹，无人机等尖端科技。 目前，对于无刷直流电机的研究从未停止过，研究热点主要集中在以下三个方面：1）研究无位置传感器控制技术提高系统稳定性；2）从电机设计和控制方法等方面出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，从而提高控制精度，扩大应用范围；3）设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器。
1.2舵机控制系统的研究现状
1.2.1国外研究现状
1.2.2国内研究现状
1.3本文的主要研究内容
针对小型导弹的技术要求和无刷直流电动舵机控制系统的现状，通过对无刷直流电机的电机结构与工作原理的理解以及对PID控制算法的学习，设计了小型无刷直流电机的控制系统，并对其进行数学模型的建立，在建立好的数学模型的基础上利用MATLAB/SIMULINK软件进行仿真实验。本文的主要内容如下：
(1)详细介绍了无刷直流电机的结构组成和工作原理，对无刷直流电机控制系统各个部分进行数学建模，做出其传递函数和等效电路图。并根据该数学模型在matla/similink模块中搭建仿真模型。
(2)利用搭建好的仿真模型，设计PID控制算法并计算系统电流环、转速环、位置环的PID控制参数（电流转速环采用PI控制器，位置环采用PID控制器），然后在不同的初始条件下进行仿真实验。
(3)将实验得到的仿真结果利用示波器模块展示出来并进行数据处理和误差分析，最后得到实验结论。
2 无刷直流电机的结构组成和工作原理
2.1结构组成
随着电子技术的飞速发展而兴起的无刷直流电机。主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器三部分组成，