舵机系统自适应控制策略研究
电动舵机模糊自适应PID控制方法
图 1 模糊自校正 P I D 控制系统框图
212 控制器设计 21211 确立输入输出变量并模糊化
电动舵机模糊自适应 P I D 控制方法 曹 菁
中图分类号 : T M38314 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 2 6848 ( 2007 ) 10 20089 204
电动舵机模糊自适应 P I D 控制方法
曹 菁
(江苏信息职业技术学院 , 无锡 214061)
又由于 ed = Keω, Tm = Km id ,
d ω ω θ d Tm = J + T1 , = dt dt N
式中 , ud 为加在电机两相绕组上的电压 ; id 为导 通相绕组中的电流 ; Km 为转矩常数 ; Ke 为电动势 常数 ; J 为折算到电机轴上的总的转动惯量 , Tl 为 负载转矩 , N 为减速机构的减速比 。 整理后 , 取拉普拉氏变换 , 则整个电机系统 的传递函数 (忽略负载转矩 )为 :
PS, PM , PB } , 子集中的元素分别代表负大 、负
Ld 为电枢回路电磁时间常数 。 Rs
中 、负小 、零 、正小 、正 中 、正 大 , 模 糊子集 的 隶属度函数均采用三角形函数 。 输出量 △Kp 、 △Ki 、 △Kd 的论域 、语言变量 取值 、隶属度函数的选择与 E 和 EC 相同 。
(2) (3)
ea
控制量 , 作为速度环的给定 。系统采用双闭环控 制 , 内环为速度环 , 采用 P I控制 , 外环为位置环 , 采用模糊 P I D 控制 。
船舶舵轮系统的自动化控制策略研究
船舶舵轮系统的自动化控制策略研究导言：舵轮是船舶中非常重要的组件之一，它用于控制船舶的航向。
随着科技的发展和航运业的进步，舵轮系统的自动化控制策略变得越来越重要。
本文将探讨船舶舵轮系统的自动化控制策略研究，包括传统的PID控制和现代的模型预测控制等。
传统控制策略：PID控制PID（比例积分微分）控制是一种经典的控制策略，广泛应用于船舶舵轮系统的自动化控制中。
PID控制通过测量船舶的偏离角度，并与目标角度进行比较，实现对船舶舵轮的控制。
具体而言，PID控制根据偏离角度的大小来调整舵轮的活动范围，使船舶保持在预期的航向上。
尽管PID控制简单易行，但它对于系统动态性能的改善还存在一定的局限性。
现代控制策略：模型预测控制模型预测控制（MPC）是一种基于数学模型的控制策略，用于预测系统的未来行为并优化控制信号。
在船舶舵轮系统中，MPC通过建立船舶的数学模型，并使用该模型预测船舶在不同控制量下的响应。
然后，MPC计算出最优的控制信号，使船舶能够实现更快的响应和更好的航向控制。
与PID控制相比，MPC可以更好地解决系统的非线性和时变性，提高控制性能。
船舶舵轮系统的自动化控制策略研究的挑战：在研究船舶舵轮系统的自动化控制策略时，我们面临着诸多挑战。
首先，在设计自动化控制策略之前，我们需要充分了解船舶和舵轮系统的特性。
这包括船舶的动态响应、舵轮系统的非线性特性以及水流和风力对船舶舵轮的影响等。
其次，船舶舵轮系统的自动化控制需要考虑到不同的工况和环境条件，例如航速、船型和水深等。
只有充分考虑到这些条件，才能设计出更加稳定和可靠的自动化控制策略。
结论：船舶舵轮系统的自动化控制策略研究对于现代航运业的发展非常重要。
传统的PID控制策略可以很好地应用于船舶舵轮系统的自动化控制，而现代的模型预测控制策略则可以进一步提高控制性能。
然而，研究船舶舵轮系统的自动化控制策略仍然面临着挑战，包括对船舶和舵轮系统特性的充分了解以及考虑不同工况和环境条件等。
数字舵机的设计及其控制研究的开题报告
数字舵机的设计及其控制研究的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术的不断发展，舵机等执行机构的应用越来越广泛。
其中数字舵机具有高精度、高速、高可靠性等特点，广泛应用于工业自动化、航空航天、机器人等领域。
数字舵机的研究及其控制方法的研究对于提高机器人的运动控制精度和速度、实现机械臂的高效、准确运动、提高工业自动化水平具有重要意义。
二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括数字舵机的设计和控制方法的研究。
数字舵机的设计主要包括硬件设计和软件设计。
硬件设计包括电机驱动电路、位置反馈电路、控制器等。
软件设计包括控制算法设计、控制流程设计、通讯协议设计等。
控制方法的研究主要包括PID控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法等。
本文的研究方法主要包括理论分析、仿真分析和实验验证。
理论分析主要利用数学模型推导数字舵机的动态特性和控制算法。
仿真分析利用MATLAB等仿真软件搭建数字舵机的模型进行仿真分析。
实验验证利用自行设计的数字舵机进行实验验证和性能评估。
三、研究计划和进度安排1. 第一年(1) 确定数字舵机设计方案；(2) 完成数字舵机硬件电路设计并进行电路板制作；(3) 完成数字舵机位置反馈电路设计并进行电路板制作；(4) 完成数字舵机控制器设计并进行电路板制作；(5) 初步验证电路设计的可行性。
2. 第二年(1) 完善数字舵机软件设计；(2) 仿真分析数字舵机模型的动态特性；(3) 设计并实现数字舵机的PID控制算法；(4) 进行数字舵机PID控制性能评估。
3. 第三年(1) 设计并实现数字舵机的模糊控制算法；(2) 进行数字舵机模糊控制性能评估；(3) 设计并实现数字舵机的神经网络控制算法；(4) 进行数字舵机神经网络控制性能评估。
四、预期成果本文的预期成果包括：(1) 数字舵机的设计方案和制作过程的记录以及数字舵机的性能评估报告；(2) 数字舵机硬件电路设计图和电路板制作图；(3) 数字舵机软件的控制算法设计和实现；(4) 数字舵机的PID控制性能评估报告、模糊控制性能评估报告和神经网络控制性能评估报告；(5) 数字舵机的性能优化建议。
船舶自动控制及舵机系统的设计优化
船舶自动控制及舵机系统的设计优化一、引言航运作为世界贸易的主要方式之一，已成为全球经济发展不可分割的一环。
随着科技的不断进步和应用，船舶的自动控制和舵机系统的优化设计显得越来越重要。
本文将从船舶自动控制和舵机系统的设计优化两方面进行探讨。
二、船舶自动控制1. 船舶自动控制概述船舶自动控制是指通过计算机和电子技术实现对船舶自身的动力系统、舵机系统、导航系统等进行自动化管理和控制。
这种自动化控制系统能够使船舶在海上航行更加安全、稳定、高效。
2. 船舶自动控制的优点（1）提高航行安全性：船舶自动化控制系统能够监测船舶动力、水流等方面的数据，并及时作出调整，从而确保船舶在海上航行中不会出现危险情况。
（2）节省船舶人力资源：自动化控制系统不需要很多人手来操作，解放了一部分人力资源。
同时，自动化控制还能提高船员的工作效率和安全性。
（3）提高航行效率：船舶自动化控制系统能够根据航路和天气等信息，制定最优航行方案，这能够增加船舶行驶的速度并提高船舶的作业效率。
3. 船舶自动控制技术（1）船舶动力系统自动控制技术：船舶动力系统自动控制技术主要包括发动机控制、舵机控制和电缆控制等方面，通过计算机程序实现自动化控制。
（2）舵机系统自动控制技术：舵机系统自动控制技术主要是指利用计算机程序和传感器对舵机的运动轨迹进行控制。
（3）导航自动控制技术：通过利用卫星导航和高精度地图等技术，实现船舶在海上自主导航控制。
三、舵机系统的设计优化1. 舵机系统的基本原理舵机系统是船舶的主要控制装置，其作用是通过转动船舶舵轮实现对船舶方向的控制。
舵机系统由舵机、传动机构和控制装置组成。
在设计舵机系统时，应考虑到的因素包括舵机的扭矩、传动机构的总重量和总长度、控制信号的传输方式等。
2. 舵机系统的设计优化（1）舵机选型的优化：选用与所需扭矩最接近的舵机，可以实现最高效率的控制，并能大大降低成本。
（2）传动机构的优化：传动机构应尽可能精简，能够实现最佳的机械传动效率和稳定性。
船舶舵机装置的自动控制系统介绍
衡，在舵面上产生与其垂直的压力F。将F分解为相互垂直的两个 分力F1和F2。其纵向分力F1对船舶航行起制动作用，使船速减低， 而横向分力F2会产生一个使船舶转向的转船力矩M。假设在船舶的 重心“0”处加上一对大小相等而方向相反的力，即f1=f2=F2，并与 F2平等。则F2与f1组成一个转船力矩M=F2×a，a为F2与f1之间的 距离。而f2则引起船舶的横向漂移。 转船力矩在一定的舵角上出现最大值，这个舵角称为最大舵 角。在船舶上通常予以限定的角度（例如350）作为舵机的最大转 舵角。
对于一定型式的舵，转舵力 矩在最大舵角时达最大值， 而此值在船舶倒车时更大些。 随着航速和吨位的增加，转 舵力矩也将增大。若采用电 动舵机时，传动装置将出现 体大笨重，因此现代大型远 洋和近海船上电动液压舵机 获得广泛地应用。 (一)、电动—机械舵机装置 图13-3扇形齿轮传动机构 图13-3为扇形齿轮传动的电动舵机，它由电动机1通过连轴节2带 动蜗杆3和蜗轮4转动，并通过主动齿轮5带动扇形齿轮6，再经过缓 冲弹簧7转动舵柄8（在扇形齿轮的下部），从而使舵柱9和舵叶偏 转。缓冲弹簧的作用是减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防 止传动装置受到损伤。 不论是扇形齿轮传动机构还是蜗杆传动机构，它们共同的特点都 是通过机械传动机构，以很高的减速比把电动机的高速转动直接传 送
三、对舵机拖动控制系统的技术要求 （一）、从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离 分开敷设（如左、右舷两路）。在正常情况下应急配电板供电时， 其中一路可以经应急配电板供电。驾驶室与舵机舱的操舵装置应使 用同一电源。 （二）、舵机电动机应满足舵机的技术性要求，并能保证堵转 1min的要求。 （三）、拖动电动机组应采用双机系统，各机组可单独运行（一 机组为备用），也可同时运行。一机组故障碍时，另一机组应能自 动投入运行。 （四）、至少设有驾驶室和舵机舱两个控制站，并设有转换装置， 防止两地同时操纵。 （五）、现代船舶驾驶室多装有操舵仪，一般设有自动、随动、 应急三种操舵方式，也可只设两种。 （六）、船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时，不仅 能满足舵自一舷350转至另一舷350的最大舵角要求，还应满足自任 一舷350转至另一舷300的时间不超过28s的转舵速度要求。 （七）、舵角指示器指示舵角的误差应不大于±10。
基于自适应神经网络智能舵的自动避碰研究
文章编号押2096-4730穴2021雪01-0071-09基于自适应神经网络智能舵的自动避碰研究宁君，陈汉民，鲁峰，李春泽（大连海事大学航海学院，辽宁大连116026）摘要：通过优化船舶避碰过程中涉及的数学模型，设计了一种基于自适应神经网络智能舵的自动避碰算法，用于船舶避碰决策过程。
该算法可以判断会遇情况，计算碰撞危险度，并自动确定转向时间和转向幅度。
此外，在船舶自动避碰过程中，还考虑了COLREGs，航行经验和自动避碰方法。
基于动态面技术和神经网络方法，解决了船舶运动控制系统中由后推法引起的“计算量膨胀”和“维度灾难”问题。
通过对“YUKUN”号和“YULONG”号远洋船的Matlab仿真实验，验证了所提出的自动避碰决策系统的有效性。
关键词：智能舵；自动避碰；神经网络；动态面技术中图分类号：U675.96文献标识码：AResearch on Automatic Collision Avoidance Based on AdaptiveNeural Network Intelligent RudderNING Jun,CHEN Han-min,LU Feng,et al(Navigation College of Dalian Maritime University,Dalian116026,China)Abstract:In this paper,by studying and optimizing the mathematical model involved in the collision avoidance process of ships,an automatic collision avoidance algorithm based on an adaptive neural network in-telligent rudder is designed for the ship collision avoidance decision process.The algorithm can determine the meeting situation,calculate the risk of collision,and automatically determine the time and range of action.In addition,during the ship's automatic collision avoidance process,COLLEGs,navigation experience,and auto-matic collision avoidance methods were also considered.Based on the dynamic surface control technology and neural network method,the algorithm can also solve the"Calculation volume expansion"and"Dimensional disaster"problems caused by the backstepping method in ship motion control systems.The validity of the pro-posed automatic collision avoidance decision system is verified by Matlab simulation experiments on the o-cean-going ships"Yukun"and"YULONG."Key words:smart rudder;automatic collision avoidance;neural networks;dynamic surface control tech-nology收稿日期：2020-05-10基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目(61803064)；辽宁省自然科学基金(20170540098)；中央高校基本科研业务费项目(3132021135)作者简介：宁君(1988-)，男，辽宁大连人，博士研究生，研究方向：船舶运动控制及自动避碰.E-mail:****************浙江海洋大学学报穴自然科学版雪第40卷随着经济全球化快速发展，世界货物流通日益紧密，据统计，90%以上的货物流通都是靠船舶运输实现的。
舵机的控制方法
舵机的控制方法舵机控制方法第一章：绪论1.1研究背景和意义舵机是一种电动机，广泛应用于遥控模型、机器人、工业自动化等领域。
它能够转动到指定角度，并能稳定地保持该角度，因此在控制系统中发挥着重要作用。
本论文旨在探讨舵机的控制方法，以提供更多研究者和工程师参考。
1.2研究内容和方法本论文主要研究舵机的控制方法，包括位置控制、速度控制和力控制。
其中，位置控制方法主要研究如何将舵机转动到指定角度；速度控制方法主要研究如何控制舵机的转动速度；力控制方法主要研究如何控制舵机输出的力度。
研究方法主要包括理论分析和实验验证。
第二章：位置控制方法2.1 位置反馈控制位置反馈控制是一种基于反馈的控制方法，通过检测舵机的位置信号与目标位置信号的差异，来调整舵机的角度。
其中，常用的位置反馈控制方法包括比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制使舵机的角度与误差成正比，积分控制则考虑误差的累计效果，微分控制则克服了舵机的惯性。
2.2 PID控制PID控制是一种常用的控制方法，它通过比例控制、积分控制和微分控制的组合来控制舵机的位置。
PID控制器的参数需要通过试验和调整来确定。
该方法简单有效，能够较好地控制舵机的位置，但对于非线性系统可能存在一定的缺陷。
第三章：速度控制方法3.1 基于速度反馈的控制方法基于速度反馈的控制方法通过检测舵机的速度信号与目标速度信号的差异，来调整舵机的转动速度。
其中，常用的速度控制方法包括线性速度反馈控制和非线性速度反馈控制。
线性速度反馈控制是通过比例控制舵机的转速与目标速度之间的差异，而非线性速度反馈控制则根据舵机特性进行适当调整。
3.2 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它根据模糊规则来调整舵机的转速。
模糊控制器的设计需要经验和专业知识，并且容易受到环境变化的影响。
然而，它具有较好的自适应性和鲁棒性，适用于一些非线性系统。
第四章：力控制方法4.1 力反馈控制力反馈控制是一种基于力信号的控制方法，它通过检测舵机输出力与目标力的差异，来调整舵机输出的力度。
高精度电动舵机模糊自适应控制器设计
ＺＨＡＮＧ ａ ｆ ｎ ＹＡＮＧ ｕ Ｚ Ｕ ａ ｐ ｎ Ｘｉｏ ｅ ｇ ， Ｊｎ，Ｈ Ｘｉｏ ｉ ｇ ’
（１ Ｓｃ ｏｏ ｆＡ ｓ ｒ ｈ ｌｏ ｔｏｎａ ｔｃ ， ｕ ｉ ｓ Ｎｏｒｈｗ ｅ ｔ ｍ ｌ ｔ ｃ ｎｉａ ｎｉｅ ｓ ｔ Ｘｉ ａ ０ ｔ ｓ ｅ Ｐｏ ｙ ｅ ｈ ｃ １Ｕ ｖ ｒ ｉｙ， ’ ｎ ７１ ０７２， Ｃｈｉ ｎａ；
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ｆ ｚ ｙ ｃ ｔｏｌａ ｄ ＰＩ ｃ ｔ ｏｌ ｗ ａ ｓｇｎ ｄ ｆ ｈｅ ｍ ｏ ｒ ｉｃ ａ ｔ Ｔａ ｎｇ ｔ ｅ ｉ ｅ ａｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｓ １＿ ｏｒｅ ｔｎｇ ｆ ｚ ｙ ｃ ｔ ｏ ． ｕ ｚ ｏｎ ｒ ｎ Ｄ ｏｎ ｒ ， ｓ ｄｅ ｉ ｅ ｏｒｔ ｄｅ ｎ ａｒ ｒ ｆ． ｋｉ ｈ ｄ ａ ｏｆｐ ａ ｔ ｒ ｅ ｆｃ ｒ ｃ ｉ ｕ ｚ ｏｎ ｒ １
简单 、 靠性 高进 而 被 广 泛 应 用 于 伺 服 控制 系 统 中 ， 可 Ｕ 引 菁
舵机控制方式
舵机控制方式舵机控制方式的论文第一章：引言（200字左右）舵机是机器人和各种控制系统中常用的关键元件之一，用于控制和调整机器人和系统的位置、速度等参数。
舵机的控制方式是研究舵机性能的重要因素，不同的控制方式可以影响舵机的运动精度、响应速度和适应性等方面的性能。
本文将介绍舵机控制的相关研究成果，并详细讨论四种常见的舵机控制方式。
第二章：位置控制（250字左右）位置控制是舵机控制方式的最基本形式之一。
通过输入舵机的位置指令，控制舵机旋转到指定的位置，保持稳定。
传统的位置控制方式常采用比例-积分-微分（PID）控制方法，根据目标位置与实际位置之间的差异来调整控制策略。
此外，还有模糊控制、遗传算法等方法用于提高位置控制精度和动态响应性能。
第三章：速度控制（250字左右）速度控制是舵机控制方式的另一种常见形式。
在速度控制中，舵机根据输入的速度指令来调整自身的旋转速度。
与位置控制不同，速度控制更注重舵机的动态响应性能和运动平稳性。
目前，常用的速度控制方式包括滑模控制、模型预测控制和自适应控制等。
第四章：力/扭矩控制（250字左右）力/扭矩控制是一种更复杂的舵机控制方式，它既考虑了位置控制和速度控制，同时还要满足一定的力/扭矩需求。
在力/扭矩控制中，通过输入力/扭矩指令，舵机需要根据实际情况动态调整自身的位置和速度。
这种控制方式常应用于需要对外部环境产生一定力/扭矩的任务中，如机器人抓取、移动等。
第五章：总结与展望（150字左右）本文详细介绍了舵机控制的四种常见方式，包括位置控制、速度控制和力/扭矩控制。
通过对这些控制方式的研究和分析，可以提高舵机的运动精度、响应速度和适应性等性能指标。
未来的研究中，可以进一步探索舵机控制方式的创新和改进，以应对更为复杂的机器人和控制系统需求。
（以上内容为模拟生成，仅供参考）第二章：位置控制（250字左右）位置控制是舵机控制方式的最基本形式之一。
通过输入舵机的位置指令，控制舵机旋转到指定的位置，保持稳定。
深弹舵机电动加载系统的滑模模糊自适应控制研究
１ 引言
深 弹 舵 机 加 载 系 统 是 深 弹 仿 真试 验 系 统 重 要 组 成 部 分 ，用 于 模 拟 深 弹 舵 面 所 受 到惯 性 力 矩 、 阻尼 力 矩 、干 扰 力 矩 和 流 体动 力 所 产 生 的 铰 链 力 矩 ，全 面 检 测 和 验 证 舵 机 系 统在 负 载 作 用 下 的 动
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌｄｉ ｏ ｚ ｙ Ａ ｄ ｐｉ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｎ Ｅｌ ｃ ｒ ｍ ｏ ｉ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓ ｉ ｎｇ Ｍ ｄｅＦｕ ｚ ａ ｖ ｎ ｒ ｌ ｅ ｔ ｏ ｉ ｔｖ
Ｐｏ ｅ ｏ ｄ‘ ｇ １ ｒＡｃ ｕａ ｏ ｆＤ． ｍ ｂ ｗ ｒｌ ａ ｌｎ ． ｔ ｔ ｒ ｏ ｂｏ ｉ ． ０
不 仅改 善 了舵机 电动 加载 系统 的跟 踪 精度 ，而且 还有 效 地消 除外 界干 扰 、抑制 抖振 ，具 有很 强 的鲁棒 性 。
关键 词 ： 电动 力加载 系统 滑 模控 制 模 糊控 制 自适应 控制
中 图 分 类 号 ： Ｔ ７ ５２ ３ Ｊ６ ．３ 文 献标 志码 ：Ａ １ ０ ８ ２２ １ ）６０ ２ —４ ０ ３４ ６ （０ ２０ ．０ ３０
ａｊ ｓｅ ｎ ｆｚｙｃ ｎｒｌｕｅ ｒ ｔ ｄ ｃｄｉｔ ｌ ｉｇｍｏ ｏ ｔ １Ｔ ｅ ｄｐｉｅｌｗ ｉｕｅ ｄｕｔ ｄｕｔｒ ｄ ｕｚ ｏ ｔ ｌｓ ｅｉ ｒ ｕｅ ｏｓｉ ｎ ｄ ｃｎｒ ． ｈ ａ ｔ ｓｄｔ ａｊｓ ａ ｏｒ ａ ｎｏ ｎ ｄ ｅ ｏ ａ ｖ ａ ｓ ｏ
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硕士学位论文舵机系统自适应控制策略研究RESEARCH ON ADAPTIVE CONTROL STRATEGY FOR STEERING GEAR SYSTEM郭可发哈尔滨工业大学2010年6月国内图书分类号：TP271.31 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开工学硕士学位论文舵机系统自适应控制策略研究硕士研究生：郭可发导师：李铁才教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TP271.31U.D.C: 621.3Dissertation for the Master Degree of EngineeringRESEARCH ON ADAPTIVE CONTROL STRATEGY FOR STEERING GEAR SYSTEMCandidate：Guo KefaSupervisor：Prof. Li TiecaiAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Electrical EngineeringAffiliation：Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence：June, 2010Degree Conferring Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要舵机系统作为高精度的位置伺服系统，主要应用于航天及军事等一些特定场合。
舵机控制系统具有非线性和负载时变等特征，其准确动力学模型难以建立，而采用模糊自适应控制策略，则可以强化控制系统的适应性。
FPGA控制相对DSP控制来说，具有高速运算能力，低功耗，高集成度等特点。
本论文以单轴舵机位置伺服系统为工程背景，对基于FPGA的舵机控制系统进行研究。
论文首先分析了舵机系统控制原理，从无刷直流电机，三相桥驱动方式，减速齿轮箱，位置检测等环节出发，建立了舵机系统的数学模型。
基于系统模型，确定采用电流环、速度环和位置环结合的三环控制策略，并针对每一个环路的不同特点，采取合适的控制算法。
其次，针对舵机系统客观存在的非线性因素，探索智能算法加PID的控制策略，将其应用于位置环调节。
由于舵机系统存在的时变性，随机干扰等因素，模糊控制规则通常显得不够完善，为了弥补这个不足，本文中采用了自适应方法使模糊控制规则在控制过程中自行调整，并搭建了相应的Matlab/Simulink仿真模型，验证其性能。
再次，从硬件和软件两个方面对舵机系统进行设计。
硬件设计按照功能模块划分为电源模块、A/D转换和三相桥驱动等模块；设计的软件功能模块包括开环、电流采样、PI算法和模糊控制器等。
用Xilinx ISE仿真验证各个模块的功能。
最后，从系统角度出发，研究FPGA设计流程，给出FPGA的控制时序。
进行系统试验，分析试验结果，结果表明基于FPGA的舵机系统模糊自适应控制策略具有较好的性能。
关键词：舵机系统；FPGA；模糊控制；自适应控制；PID控制哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractSteering system mainly applies in the aerospace, military and other special occasions as high-precision position servo system. For steering gear control system usually with nonlinear and time-varying load characteristics and the precise dynamic model is difficult to establish, so, fuzzy adaptive control strategy is used to enhance adaptive control pared with DSP control, the FPGA (Field Programmable Logic Array) control has High-speed computing, low power and highly integrated features. Taking the single shaft steering position servo system for engineering background, the dissertation researches on steering control system implemented by FPGA.Firstly, the paper analyzes the work principle of steering system, including BLDC(Brushless DC Motor), three-phase bridge driver menthod and position detection method. Then the mathematical model of the steering system is established. Based on the system model, three-loop control strategy with position loop, velocity loop and current loop is adopted. According to the different characteristics of each loop, the appropriate control algorithm is chosen.Secondly, for the steering system exist nonlinear factors, intelligent algorithms is introduced to traditional PID control. Fuzzy PID control strategy is applied to position loop regulators. As the steering gear system with time-variant, random noise and other factors, fixed rules of fuzzy control often seem inadequate. In order to compensate for this deficiency, adaptive methods are introduced to adjust fuzzy control rules in the process of self-adjustment. And build Matlab/Simulink simulation model to verify the performance of control algorithm.Thirdly, the servo system is devided into two parts: hardware and software. Hardware includes the power module, A/D conversion module and three-phase bridge driver module etc; designed soft modules includ the open-loop module,the current sampling module, PI algorith and fuzzy control module device ect. Simulate and verify the function of each module.Finally, from the aspect of system, FPGA design process is researched. And system test is finished on the FPGA platform, the results show that the system has good performances.Keywords: Steering system, FPGA, Fuzzy control, Adaptive control, PID control哈尔滨工业大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题来源及研究的目的和意义 (1)1.2模糊自适应的发展概况和发展趋势 (2)1.2.1 自适应控制的发展历程 (2)1.2.2 模糊控制的发展及趋势 (3)1.3舵机伺服系统发展现状及趋势 (6)1.4本文主要研究内容及安排 (7)第2章舵机系统数学模型及控制策略 (8)2.1引言 (8)2.2舵机系统的组成及工作原理 (8)2.3 (9)2.3.1 无刷直流电机 (9)2.3.2 PWM波调制的三相桥驱动 (11)2.3.3减速齿轮箱与位置检测环节的模型分析 (13)2.4舵机系统控制策略 (14)2.4.1 三闭环控制策略分析 (14)2.4.2 速度环设计 (15)2.5本章小结 (18)第3章模糊自适应控制研究 (19)3.1引言 (19)3.2模糊控制的结构和原理 (19)3.2.1 模糊控制系统结构 (19)3.2.2 模糊控制器的基本结构 (21)3.2.3 模糊控制的数学基础 (21)3.3模糊自适应PID控制策略 (23)3.3.1 模糊自适应控制系统结构 (24)3.3.2 模糊自适应PID控制系统的设计 (26)哈尔滨工业大学硕士学位论文3.4模糊自适应PID的仿真与分析 (31)3.5本章小结 (32)第4章舵机系统的设计 (33)4.1引言 (33)4.2系统的主要硬件设计 (33)4.2.1 电源模块 (33)4.2.2 A/D转换 (34)4.2.3 三相桥驱动 (34)4.3基于FPGA的无刷直流电机驱动控制 (36)4.3.1 开环模块 (36)4.3.2 电流采样模块 (39)4.3.3 PI的实现 (40)4.3.4模糊控制器模块 (41)4.4本章小结 (43)第5章舵机位置伺服系统FPGA实现 (44)5.1引言 (44)5.2FPGA设计流程和设计工具 (44)5.3舵机FPGA控制时序及版图结构 (46)5.4实验结果与分析 (48)5.5本章小结 (50)结论 (51)参考文献 (52)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (56)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (56)致谢 (57)哈尔滨工业大学硕士学位论文第1章绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义舵机系统是一个高精度的位置伺服系统，是导弹飞行控制系统的重要组成部分。