一种新型机器人通用舵机的研制

摘要

舵机是一种位置伺服驱动器，适用于角度不断变化并且可以保持的控制系统。舵机作为机器人结构中重要组成部分，是一个高精度的位置伺服控制系统，其动、静态特性直接影响到控制系统的操纵性能。
　　目前，舵机一般多采用无刷直流电机，无刷直流电机采用电子换向、具有输出功率密度高、换相速度快，相比有刷直流电机，更适合应用于机器人舵机系统，因此研究基于无刷直流电机的舵机驱动系统具有重要的现实意义。
　　在本文的开始部分主要对机器人舵机国内外研究现状，意义以及机器人对舵机驱动系统性能特点和要求进行了介绍，设计了基于以STM32处理器作为舵机处理器的无刷直流电机控制系统。紧接着对舵机的控制算法进行了分析和对比，由于传统控制算法下的舵机控制系统它的抗负载性能比较差、响应速度不够好、效果不明显，为了克服这些不足，本系统PID控制算法主要采用了模糊自适应整定PID控制算法和可分离PID控制算法。
　　在硬件方面，主要对器件的选型，各个单元电路进行介绍与设计，在各个单元电路设计中主要包括驱动电路的设计，电流采样电路的设计等。
　　在软件方面，主要介绍了电流环控制算法、速度环控制算法、位置环控制算法、力矩环控制算法以及PWM调速技术。并利用四环算法对电机进行相应的控制，同时建立了电机MATLAB仿真模型，对其进行了仿真和测试。最后分析系统设计的不足，针对不足提出了方法和策略上的改进。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源与研究意义

1.3 舵机控制系统的研究现状

1.4 论文结构安排

1.5 本章小结

第2章 机控制算法与系统分析

2.1 引言

2.2 舵机系统控制技术及控制算法

2.3 控制算法分析

2.4 本章小结

第3章 舵机控制系统硬件设计

3.1 引言

3.2 机器人舵机驱动系统的结构

3.3 硬件电路的结构

3.4 器件选型

3.5 各单元电路设计

3.6 本章小结

第4章 舵机控制系统软件的设计

4.1 引言

4.2 系统软件总体结构

4.3 各个模块软件实现

4.4 四环控制算法软件实现

4.5 本章小结

第5章 系统仿真

5.1 系统仿真结果

5.2 仿真结果分析

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录1 电机换相、正转、反转、停止

附录2 电流采样程序

附录3 PWM程序

附录4 电流环控制程

附录5 速度环控制程序

附录6 电机控制板实物图

致谢