基于fpga的电动舵机伺服控制系统研究

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1、中北大学学位论文基于FPGA的电动舵机伺服控制系统研究摘要作为制导武器之一的导弹，在现代化战争中发挥着越来越重要的作用，电动舵机伺服控制系统作为导弹的控制和执行机构，其性能的优劣对导弹的最终作战效果影响重大。论文完成了对电动舵机伺服控制系统的Simulink仿真、硬件设计和FPGA控制芯片的程序设计，进行了相关实验，并对实验结果进行了分析和研究。论文首先阐述了电动舵机伺服控制系统的组成结构和工作原理，并为系统的各组成部分分别建立了数学模型。系统采用位置环、速度环、电流环相结合的三闭环控制，选用经典的PID作为控制算法。结合导弹对电动舵机伺服控制系统的指标要求，根据系统的工作原理

2、，在Simulink平台建立了系统的模型，在指令信号为阶跃信号和正弦信号的情况下，对电动舵机的舵面偏转和电机的转速等进行了仿真，并得到了系统在20Hz以下范围内的频率特性曲线。在系统的硬件设计方面，制定了系统的整体硬件电路的实施方案，根据系统的特点，选定了EP1C12Q240C8N作为控制芯片，将FPGA的外围电路按功能进行了模块划分，并为每个功能模块设计了硬件电路。FPGA程序设计同样采用了模块化的设计思想，采用VerilogHDL语言并借助于QuartusII和ModelSim两款软件作为开发平台对FPGA芯片进行了程序设计。最后，对整个的电动舵机伺服控制系统进行了阶跃信号

3、和正弦信号下的试验测试，试验结果表明，论文研制的舵机达到了技术指标的要求。关键词：电动舵机；伺服控制；FPGA；PID算法；三闭环控制中北大学学位论文ResearchonElectricActuatorServoControlSystembasedonFPGAAbstractThemissile,asakindofguidedweapon,playsanincreasinglyimportantroleinmodernwarfare.Electricactuatorservocontrolsystemisthecontrollerandactuatorinthemissilea

4、ndsoitsperformancehasasignificantimpactonthemissile'scombatingeffect.WhatthethesiscompletedisthesimulinksimulationandthedesignofsystemhardwareandprogramsforFPGAwhichisthecontrolchipofthesystem.Andthethesisalsoanalyzedtheresultsofrelatedexperiments.Firstly,thethesisexplainedthestructuralcompo

5、sitionandoperationalprincipleofelectricactuatorservocontrolsystemanddevelopedmathematicalmodelsforeachpartofit.Thepositionloop,speedloopandcurrentloopwereusedtocontrolthesystem.AndthecontrolalgolithmwasclassicalPIDmethod.Accordingtotherequirementsofthesystematictargetneededbythemissileandope

6、rationalprincipleofelectricactuatorservocontrolsystem,simulinksimulationmodelwasestablished.Thensimulationsofcontrolsurfacedeflectionsandmotorspeedwasconductedwithstepandsinusoidalsignalsascommands.Andfrequencycharacteristiccurvebelow20Hzwasdrawn.Theoverallideasforthecircuitsystemwerepresent

7、edinthisthesis.EP1C12Q240C8Nwasselectedasthecontrolchip.PeripheralcircuitoftheFPGAchipwassubdividedintosomemodulesbasedonitsfunctionandrelevanthardwarecircuitwasdesignedforeachfunctionalmodule.AstothedesignofprogramsforFPGA,thethoughtofmoduledesign