无线位置伺服控制系统设计及其算法研究

【摘要】：为弥补当前位置伺服系统控制精度不高和有线数据传输的不便,通过对无线通信和位置伺服系统的研究,从模块选型、控制算法和程序优化着手,设计了一种较高精度无线位置伺服控制系统。采用多量程较高精度L3G4200DH三轴陀螺仪作为角位置传感器,通过2.4G NRF24L01无线射频收发芯片实现数据传输,以意法半导体公司STM32F103RBT6作为微控制器,其为Cortex-M3系列ARM产品,使用模糊PID全闭环控制算法对伺服电机进行控制,并且加超前校正和前馈环节,其中,超前校正可以使输出信号比输入超前,改善角度输入响应滞后,从而减小系统的跟随误差;前馈这一环节可以使输出量变化最大程度跟随输入量变化。同时,采用无线视频模块实时监控伺服电机状态,实现对电机的精确运动控制。本文首先梗概了当前国内外在无线位置伺服领域的研究发展情况,并简单概述了无线位置伺服控制技术工作原理和本文研究意义;其次整体把握该系统的整体设计思路,对系统方案、硬件选型、控制算法和策略、关键程序代码等进行深入分析,提出一种模糊PID全闭环复合控制算法。最后分析了系统的主要误差来源,并对控制算法进行建模和仿真。通过仿真和实验证明伺服系统在精度和实时性上有了很大的提高,动态跟随精度达到了10-3,具有良好的跟踪特性,同时无线数据传输方式,将会给远程控制和特殊作业环境带来极大的方便。
【关键词】：陀螺仪 无线传输 复合控制 误差分析 伺服电机
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM921.541