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1、0明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。硕士论文分数阶 PID 控制器在伺服系统中的应用及实现0要 随着伺服控制技术在工业、
2、交通、宇航、医疗、军事等领域的应用日益普遍，人们对伺服控制系统的要求也越来越高，除了保持现有的数字化、集成化特点外，也要在响应速度、跟踪精度和对复杂环境的适应性等方面具备更高的性能指标，其中控制算法对整个伺服系统的性能有着至关重要的影响。分数阶工 Dp 控制器是常规整数阶 PID 控制器的拓展，它比整数阶 PID 控制器多了两个可调参数，可取得比整数阶 PID 控制器更好的控制效果。对分数阶控制算法的理论分析和应用研究，具有重要的理论意义与广泛的应用前景。本文主要研究分数阶 PADp 控制算法在实际伺服系统中的应用及实现。首先根据系统需求进行伺服系统总体设计，包括系统功能分析、总体结构设计、系
3、统软、硬件方案设计和系统各个主要模块的选型等。其次基于系统硬件方案选用 32 位浮点型 DSP 芯片TMS320F28335 作为核心处理器并进行伺服控制卡的硬件设计，包括核心板和外围接口板的设计。然后针对实际的伺服系统被控对象模型，在满足稳定性裕度条件和增益鲁棒性条件下，设计了分数阶控制器，并进行了控制性能的仿真研究。在此基础上进行伺服系统软件设计与分数阶控制算法实现，由于实际中负载惯量大，将前馈控制引入算法中形成复合控制，对误差进行前馈补偿。最后对系统软、硬件进行联调，完成了分数阶控制器在伺服系统中的实际应用，并对系统的控制性能进行跟踪测试。实验结果表明，分数阶控制算法在实际伺服系统中的应
4、用是可行的，且分数阶算法对控制器自身参数变化不太敏感。关键词：伺服系统，伺服控制，浮点型 DSP，PID 控制，分数阶控制，复合控制AbstractServo control technology is more and more widely applied in modem industrial， transportation，aerospace，medical，military and other fields，and the requirements of servocontrol system become higherIn addition to maintain existing
5、 features of digitization andintegration，servo control system also needs having a higher performance in response speed， tracking accuracy and adaptation to complex conditions，and the control algorithm has a crucial impact on the performance of the whole servo control systemThe fractional order PA Dp
6、controllers are the extend of traditional integer order PIDcontrollersIt is significantly important that thefractional order PA Dpcontrollers hasexcess two parameters than the conventional integerorder PID controller,which Can providebetter dynamic performance thaninteger order PID controllerApplica
7、tionand research offractional control algorithm hasimportant theoretical significance and wide applicationprospectThe main research work of this dissertation Can be described about application of fractional order controllers in servo control systemFirstly,according to the requirements ofthe servo co
8、ntrol system，both system function and system structure are analyzed anddesignedSeconly,hardware about servo control cards ale designed base on 32 bit floatingpoint DSP chip TMS320F28335 core processor,including the designing ofthe core board andperipheral interface boardThen the controlled obj ect m
9、odel of a practical servo system isdiscussed and studied by using fractional order controllers when the servo control systemfulfill the conditions of stability margin and gain robustnessBased on the research，servo control algorithm system software is to be designed and also the fractional order cont
10、rol algorithm will be done，system also needs to feedforward compensation due to the actual large load inertiaFinally,debugging servo system both software and hardware to accomplish the practical application of fractional controller in the servo system and test system performanceThe experimental resu
11、lts show that the application of fractional control algorithm in thepractical servo system is feasible，and fractional algorithm is less sensitive when changing thecontroller itself parametersKey Words：Servo system，Servo control，Floatpoint DSP,PID control，Fractional order control，Compound controlII硕士
12、论文分数阶 PID 控制器在伺服系统中的应用及实现0录 摘蔓要 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 IAbstract II1 绪论 111 引言 112 选题背景及意义 113 伺服控制研究现状 。214 分数阶控制器及应用研究现状 315 本文主要内容及结构安排 52 系统总体设计 721 系统主要功能 722 系统方案设计 7221 系统总体结构 7222 核心处理器选型 8223 系统硬件设计方案 1 0224 系统软件设计方案 1123 位置检测装置 1 124 电机及驱动器 1225 减速器 1226 本章小结 133 系统硬件设计与实现 1531 核心板设计 15311 电源模块 。15312 电源监控和复位电路 。17313 时钟模块 一 1 8314 电平转换电路 1 8315 外扩 SRAM 模块 1 9316 外扩 FLASH 模块 20317 Boot Rom 系统启动引导模块 20318 JTAG 仿真接口及核心板外扩接口 2132 外围接口板设计 22321 逻辑地址分配
