过计算当前的位置偏差和变化率,找出与三个参数之间的模糊关系,并不断检测,根据模糊法则对三个参数进行在线调整。系统采用此算法计算量较小,易于用单片机来实现,提高了位置环的整体调节效果和实时性,具有良好的动静态性能。将位置偏差统到定范围内,规范后为,及三个参数的规范公式如下是设置的个阈值浙江经济职业技术学院毕业论文设计模糊法则可由控制经验加以总结,也可从所期望的阶跃特性中进行抽取。从系统的稳定性响应速度超调量和稳态精度各方面考虑,三个参数的调整需考虑其相互之间的作用与关系。程序流程图如图所示。图位置环流程图速度反馈速度环与系统硬件没有直接的关联,反馈速度由舵面位置的微分得到,这对反馈的位置信号有较高的要求。获得较平滑具有良好实时性的反馈速度信号是较关键的步,但由于外部干扰的存在,并且相邻两个数据的采样时间间隔很短,若采用直接微分法求速度,则与实际速度会存在较大的差别,所以对位置信号采用不完全微分法求速度,以减小高频干扰。设舵面速度为,位置为,则有浙江经济职业技术学院毕业论文设计引入不完全微分得式中为微分算子,为比例系数,为惯性环节时间常数。离散化后得式中为广义采样时间不完全微分法是采用阶低通数字滤波器对位置信号滤波后微分,因此具有定的延迟。速度环算法由控制与积分分离算法相结合。选取控制点应与刚切入的控制时的输出量相等,以改善输出的连续性与减小跳跃性。程序流程图如图所示。电流反馈当电流发生变化时,系统须做出迅速响应,使输出电流快速跟踪给定信号的变化。由于电流响应速度很快,英型无人机飞控系统控制律设计与实现西北工业大学硕士学位论文,李学海单片机实用教程基础篇北京航空航天大学出版社,李学海单片机高级实用教程北京航空航天大学出版社,刘仁软硬件系统设计北京电子工业出版社,付丽,刘卫国单片机控制的多路舵机用波产生方法微特电机贺灿花,杨向宇无刷直流电动机模糊神经网络控制方法。微特电机岑汉彬,杨宜民足球机器人中电动机控制系统的研究微特电机,,,浙江经济职业技术学院毕业论文设计作者简介王志远,男,硕士研究生,研究方向为现代控制理论及应用,从事无人机舵机控制系统研究。流环算法采用积分分浙江经济职业技术学院毕业论文设计离算法,以避免微分因子造成电流环震荡。电流环产生调制信号,控制功率驱动来实现电流调节的目的。控制公式如下式中为积分分离阈值,为电流给定值,为电流反馈值,为给定电流与反馈电流之差。当即电流误差较小时,采用算法以保证电流环精度。当时,采用控制来保证电流环的快速性并减小超调。程序流程图如图所示。浙江经济职业技术学院毕业论文设计图速度环与电流环流程图试验结果系统接收飞控计算机发送周期,有效占空比的控制信号,输出最高堵转力矩,无载荷速度,标准设置最大偏转角为,堵转电流。系统工作速度扭矩工作电流扭矩曲线如图所示。浙江经济职业技术学院毕业论文设计图速度电流与扭矩图位置环调试结果如图所示的方波跟踪响应,表明系统有良好的跟踪效果,但仍需改善硬件结构与进步优化算法。图图反应了速度环的跟踪效果。图为图的局部放大,说明了速度环调节的响应速度,对于无负载的给定阶跃能在内达到稳态。图为电流环的方波跟踪响应,可看出动态性能良好。图三闭环调试结果浙江经济职业技术学院毕业论文设计五结语本系统电路简单成本低控制精度高小型化的特点可满足小型无人机的要求,现已通过型无人机的现场联调,试验证明本系统可节约大量联调时间,加速了无人机的研发速度。同时,本系统对深入了解单片机及直流伺服电机等控制系统也有很好的借鉴作用。浙江经济职业技术学院毕业论文设计参考文献李月中电动舵机的集成设计与控制北京北京交通大学著微控制器基础与实践科学出版社吴我的四足步行机器人，有删改。单片机并不是控制舵机的最好的方法，希望在此能起到抛砖引玉的作用。有两个位的内部计数器，我们就用它来产生周期的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。基本思路如下请对照下面的程序我用的晶振频率为，个时钟周期为个晶振周期，正好是，计数器每隔计次数。以计数器为例，先设定脉宽的初始值，程序中初始为，在循环中可以随时通过改变值来改变，然后设定计数器计数初始值为，并置输出为高位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数，就是，在子函数中，改变输出为反相此时跳为低位，在用代表周期减去高位用的时间，就是本周期中低位的时间并设定此时的计数器初值为，直到定时器再次产生溢出中断，重复上过程。浙江经济职业技术学院毕业论文设计为舵机的脉冲宽度，为舵机的脉冲宽度，单位为中间变量以下定义输出管脚以下两个函数为定时器中断函数定时器，控制舵机，输出引脚为，可自定义,输出取反代表，为个周期的时间重新定义计数初值，时，脉宽为，那么，舵机就会从对应的位置转到对应的位置，那么转动速度如何呢般来讲，的最大转动速度在时为度，也就是说，如果你要求的速度比这个快的话，舵机就反应不过来了如果要求速度比这个慢，可以将脉宽变化值线性到你要求的时间内，做个循环，点点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。当然，具体这点点到底是多少，就需要做试验了，不然的话，不合适的话，舵机浙江经济职业技术学院毕业论文设计就会向步进电机样跳跳的转动了，尝试改变这点，使你的舵机运动更平滑。还有点很重要，就是舵机在每次脉宽值改变的时候总会有个转速由零增加再减速为零的过程，这就是舵机会产生像步进电机样运动的原因。四系统软件设计软件设计是舵机控制器设计的大难点,它的好坏直接影响整个系统的控制性能。系统软件部分由三闭环控制算法数据采集与处理及各保护功能组成。在结构上采用模块化的设计思想,降低了程序复杂度,从而提高了控制系统软件的可读性可靠性和可移植性。其具体涉及到解析给定位置信号,舵面位置信号的采集与处理,舵面速度的计算与处理,电机电流信号的采集与处理,位置环速度环和电流环控制算法的实现,电机变速换向的实现。整个控制系统软件体系结构图如图所示。图软件结构整体框图系统采用三闭环控制策略,其中电流环的循环时间最短,而位置环最慢。因此在系统的调试过程中,先调试最内的电流环,当性能满足要求后,再调节速度环与位置环,最终实现调节目标,从而减小了三环调节的耦合性,当电流环和速度环的性能满足要求后,此时可以专注于位置环参数的调整,而不改变其它两环的调节参数。三环具浙江经济职业技术学院毕业论文设计体算法实现介绍如下。位置环设计位置环作为最外环,直接决定舵机伺服控制系统的动静态性能指标。经典算法虽然结构简单且鲁棒性较强,但三判断脉宽是否在正常范围之内定时器，控制舵机，输出引脚为，可自定义,浙江经济职业技术学院毕业论文设计主程序设初值数值即对应，为舵机的中间度的位置设定定时器初始计数值设定中断优先级浙江经济职业技术学院毕业论文设计在这个循环中，可以根据程序需要在任何时间改变值来改变脉宽的输出时间，从而控制舵机因为在脉冲信号的输出是靠定时器的溢出中断函数来处理，时间很短，因此在精度要求不高的场合可以忽略。因此如果忽略中断时间，从另个角度来讲就是主程序和脉冲输出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改变值，例如让从变化到，就可以让舵机从度变化到度。另外要记住点，舵机的转动需要时间的，因此，程序中值的变化不能太快，不然舵机跟不上程序。根据需要，选择合适的延时，用个递增循环，可以让舵机很流畅的转动，而不会产生像步进电机样的脉动。这些还需要实践中具体体会。舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。举个例子，试，脉宽。舵机因此得名控制舵面的伺服电机。不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。二结构和控制般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘减速齿轮组位置反馈电位计直流电机控制电路板等。工作原理控制电路板接受来自信号线的控制信号具体信号待会再讲，控制电机转动，电机带动系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，浙江经济职业技术学院毕业论文设计从而达到目标停止。舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机般称作微舵，同种材料的条件下是中型的倍多，金属齿轮是塑料齿轮的倍多。需要根据需要选用不同类型。舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，是，是，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，对应的要大些，具体看应用条件另外根线是控制信号线，的般为白色，的般为桔黄色。另外要注意点，的些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，般不会搞错。舵机的控制信号为周期是的脉宽调制信号，其中脉冲宽度从，相对应舵盘的位置为度，呈线性变化。也就是说，给它提供定的脉宽，它的输出轴就会保持在个相对应的角度上，无论外界转矩样改变，直到给它提供个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有个基准电路，产生周期，宽度的基准信号，有个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生浙江经济职业技术学院毕业论文设计电机的转动信号。由此可见，舵机是种位置