双余度电动伺服舵机系统设计.docx

双余度电动伺服舵机系统设计
双余度电动伺服舵机系统设计
摘要：
本文主要讨论了双余度电动伺服舵机系统的设计和实现。在航空航天、机器人、自动化等众多领域，伺服系统的应用非常广泛。通过使用双余度电动伺服舵机系统，可以实现高精度、高速度的控制，能够适用于多种场合。本文介绍了双余度电动伺服舵机系统的理论原理，控制方式和设计细节，同时对系统进行了性能测试，验证了系统的可行性。
关键词：双余度、伺服舵机、控制系统、性能测试。
1.绪论
伺服系统作为一种控制系统，广泛应用于工业自动化、机器人等领域。伺服系统通过控制执行机构的位置和速度来完成对物体的控制。在伺服系统中，控制器对执行机构进行操作，从而根据输入的控制信号完成对被控对象的控制。电机是伺服系统的执行机构之一，其中伺服舵机作为一种非常重要的执行机构，其有着广泛的应用。
在众多应用场合中，双余度电动伺服舵机系统作为一种应用范围较广的伺服系统，由于其高速度、高精度等特点，被广泛应用于飞行器、机器人以及其他自动化领域中。本文主要研究的就是双余度电动伺服舵机系统的设计和实现。
2.理论原理
2.1伺服舵机概述
伺服舵机是指一种可以感知机械位置并实现位置闭环控制的电动执行机构。伺服舵机由马达、减速机、编码器、控制器等部分组成。其通常的控制信号为PWM信号，通过调节PWM的占空比来实现对电机的控制。
2.2双余度电动伺服舵机系统概述
双余度电动伺服舵机系统作为一种特殊的伺服系统，通过使用两个伺服舵机构成的控制系统，从而使得被控对象可以沿着多个方向进行控制，这是单舵机无法实现的。
双余度电动伺服舵机系统通常由一个主舵机和一个从舵机组成。主舵机用于控制被控对象的位置，并向从舵机提供控制信号，从舵机则负责控制被控对象的朝向。通过这种设计，双余度电动伺服舵机系统可以实现高灵活性、快速响应和高精度的控制。
2.3双余度电动伺服舵机系统控制
双余度电动伺服舵机系统的控制可以采用两种方式：定向控制和覆盖控制。在定向控制中，主舵机和从舵机分别控制被控对象的位置和方向。在覆盖控制中，则是由主舵机控制被控对象整体的方向，而从舵机则通过控制被控对象相对于主舵机的偏差量，从而改变被控对象的位置。
3.设计方案
3.1硬件设计
双余度电动伺服舵机系统的硬件设计需要包括两个舵机、一个控制器、一个编码器等部分。舵机的选型需要根据需要控制的对象和控制精度来进行选择。在本设计中，使用了两台步进电机作为主从舵机，控制器则使用STM32F407和L298NH桥驱动器，编码器采用了OMRON彩色编码器E6B2-CWZ6C。
主从舵机之间的控制采用CAN总线通讯，要求通讯速度快、通讯可靠。由于采用了步进电机，系统的控制信号也应该采用PWM信号。
3.2程序设计
本设计的程序采用了C语言编写，使用KeilMDK编译器进行编译。程序主要分为控制器程序和从舵机程序两部分。控制器程序接收用户输入的指令，然后通过CAN总线发送给从舵机。从舵机可以接收到控制器发送的指令，并根据指令完成相应的动作。
程序中还包括了PID算法，用于控制舵机的运动状态。通过调整PID参数，可以实现对舵机角度进行精准控制，从而达到高精度控制的目的。
4.性能测试
为了验证双余度电动伺服舵机系统的性能，我们进行了一系列的测试。测试内容包括速度测试、准确度测试和稳定性测试等。测试结果表明，本设计的双余度电动伺服舵机系统具有较高的控制准确度和响应速度，可以满足多种自动化场合的需要。
5.结论
本文主要研究了双余度电动伺服舵机系统的设计和实现。通过使用两个舵机组成的控制系统，本设计实现了被控对象的高精度控制。通过实验验证，本设计的双余度电动伺服舵机系统可以满足多种自动化领域的需要，具有较高的控制准确度和响应速度。