模拟加载综合测试系统设计与实现

摘要

模拟加载系统是一种重要的测试设备，主要用于模拟伺服系统在实际运行过程中受到的真实负载，目前常应用在国防、航天和军事等领域。本文结合上海某研究所的伺服系统研制了一套模拟加载综合测试系统。针对系统的软硬件设计和力矩控制算法问题，本文主要做了以下工作:
　　首先，根据模拟加载综合测试系统设计要求，完成了硬件系统和软件系统的总体设计方案。
　　其次，本文进行了系统的软硬件设计。硬件设计部分，完成了包括电机、驱动器等设备的选型，设计了加载控制器，其中包括DSP最小系统、信号采集模块、通信模块等。为提高系统的控制性能，选用计算能力强大的浮点型DSP TMS320F28335作为控制芯片、选择较高精度的转换单元等措施;软件设计部分包括上位机软件设计和下位机程序设计。上位机用Visual C++编写，可以实现各种力矩的加载，同时可以对控制卡反馈的信息进行分析与显示。下位机程序用C语言编写，主要包括系统的初始化和加载控制算法的设计。
　　然后，完成了加载控制卡的制作、器件装配和整体的系统调试，调试结果可以达到指标要求。
　　最后，进行了加载控制新方法的理论仿真研究，设计了自抗扰控制器，并取得了更好的仿真效果。基于自抗扰的加载控制算法，将在后期工程中进行验证和工程化实现。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景与研究意义

1．2 模拟加载测试系统概述

1．2．1 模拟加载系统构成

1．2．2 模拟加载测试系统分类

1．2．3 模拟加载测试系统的主要问题——多余力矩

1．3 电动伺服加载研究现状

1．4 论文的主要工作及章节安排

2 模拟加载测试系统总体设计

2．1 系统的主要功能及性能指标

2．2 模拟加载测试系统总体设计方案

2．2．1 硬件系统总体设计

2．2．2 软件系统总体设计

2．2．3 控制方法选择

2．3 本章小结

3 模拟加载系统硬件选型与设计

3．1 机械台架结构及主要部件设计

3．1．1 加载电机及驱动器

3．1．2 减速器

3．2 反馈器件选型与设计

3．2．1 力矩传感器

3．2．2 绝对式旋转编码器

3．3 模拟加载控制器硬件设计

3．3．1 控制器电路设计

3．3．2 通信模块

3．3．3 D／A转换单元

3．3．4 逻辑电平转换单元

3．3．5 A／D转换电路

3．4 逻辑采集扩展板设计

3．5 本章小结

4 模拟加载系统软件设计

4．1 模拟加载控制器软件设计

4．1．1 下位机软件总体设计

4．1．2 系统主程序设计

4．1．3 中断服务子程序设计

4．2 模拟加载系统上位机软件设计

4．2．1 加载控制模块

4．2．2 实时监控模块

4．2．3 数据分析模块

4．3 本章小结

5 系统调试及分析

5．1 控制卡硬件调试

5．2 系统调试及结果分析

5．2．1 调试前的准备

5．2．2 调试结果及数据分析

5．3 本章小结

6 自抗扰控制算法研究

6．1 系统的数学建模

6．2 自抗扰控制器的设计

6．2．1 自抗扰控制算法描述

6．2．2 自抗扰控制器参数整定

6．3 系统仿真模型的搭建

6．3．1 加载系统模型的建立

6．3．2 自抗扰控制器仿真模型设计

6．3．3 被加载对象仿真模型设计

6．4 系统仿真与分析

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录