基于TMS320F2812的飞行仿真器力感控制系统的研究

摘要

操纵负荷力感觉仿真系统(简称“力感系统”)，是飞行仿真器的重要组成部分。力感系统的主要作用是向仿真器提供负荷力的感觉。使操纵者有真实的驾驶感。该系统针对于飞行仿真器模拟的不同的外部环境，提供相应的负荷力。本文通过调研发现，目前在我国还没有成熟的力感控制产品，主要依赖于进口。研发具有我国自主知识产权的力感控制装置，具有深远重大意义。 本文详细论述了由直流电机驱动的力感控制系统从设计、论证到最后完成样机的全过程。自行设计加工了可以在双自由度进行有限角度旋转的机械传动装置。用直流电机代替低速大转矩的力矩电机，降低了输出转矩的波纹，得到比较平滑的输出转矩。 文中建立了力感控制系统各环节的数学模型，通过推导得出了系统稳定的条件，并利用MATLAB软件进行了仿真研究。并在此基础上设计了硬件电路图。采用了TMS320F2812作为控制核心，并建立RS-232接口与上位PC机通讯。设计了基于复杂的可编程逻辑元件(CPLD)的角位移观测系统。输出为13位数字量，用以对操纵杆角位移进行高精度的实时观测，采用电枢电流反馈的方式间接控制输出转矩，并由TMS320F2812完成一定的补偿算法以提高控制精度。 在直流电机驱动方面采用模拟电压控制的电流随动系统，使系统具有更好的跟随性能。经过实验，证实了系统完全达到了设计要求，并且具有很好的可移植性。通过较小的改动，可应用于各种需要力感控制装置的系统中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2力感控制系统的国内外研究的现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3力感控制系统的研究内容

1.4本章小结

第2章力感控制系统的设计

2.1力感控制系统的组成及工作原理

2.2下位机DSP及其接口电路

2.2.1TMS32OF2812的串口电路设计

2.2.2TMS32OF2812并口部分电路设计

2.2.3模拟量输入

2.3基于CPLD的电机角位移观测电路

2.3.1脉冲信号调理电路

2.3.2角位移生成电路

2.3.3 D/A转换电路

2.4控制电压生成电路

2.5直流电机驱动电路

2.6永磁直流电机

2.7机械传动部分

2.8本章小结

第3章系统的建模与仿真

3.1影响力感控制系统性能的主要因素

3.2力感控制系统的数学模型

3.3力感控制系统动态稳定性分析

3.4对系统动态特性的改进

3.5力感控制系统的MATLAB仿真

3.5.1操纵杆运动情况下的仿真

3.5.2系统阶跃响应的仿真结果

3.5.3系统正弦波激励时的仿真结果

3.5.4系统锯齿波激励响应的仿真结果

3.6系统的频率响应

3.7力矩的合成

3.8本章小结

第4章力感控制系统的软件设计

4.1TMS320F2812的软件设计

4.1.1串口中断服务模块

4.1.2杆力-位移跟踪模块

4.1.3力阶跃实验模块

4.1.4操纵杆复位模块

4.1.5正弦波、三角波、锯齿波实验模块

4.1.6数据处理模块

4.2 CPID的软件设计

4.3控制电压的输出

4.4本章小结

第5章力感控制系统的实验研究

5.1恒定输入时操纵杆的运动实验与分析

5.2跃变响应实验与分析

5.3正弦响应实验

5.4锯齿波响应实验

5.5三角波响应实验

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢