本文主要研究基于ADuc841单片机的小力矩电机的控制，使系统能根据要求产生力矩输出，用于模拟一些设备的外界干扰。系统具有精度高，响应快的特点。

在控制器的设计上本文主要力图简单、实用，所以选择了常见的PID控制;为了提高系统的控制精度，从软件上给与系统进行误差补偿。本文包括一下几个方面：系统的介绍、力矩电机控制系统的核心器件介绍：ADuc841 、EMP7128、控制系统软、硬设计及仿真三部分。本文的难点在于通过软件对系统进行补偿，补偿参数要在试验中进一步得到整定。

 物理装置由光电码盘，稀土永磁式直流力矩电机和飞轮组成。

1.        系统设计目的

本系统能产生所要求的力矩，可用于一些地面模拟设备上，用来模拟设备运行时的干扰力矩；也可用于控制系统设计课程试验设备或是控制算法的验证。

2.        系统工作原理

通过控制向力矩电机施加的电流，向飞轮施加力矩，使飞轮加速或减速旋转，反作用力矩通过模拟器机械装置的底座同时施加到联接的转台上，达到向转台施加力矩的作用，全部过程在闭环控制下进行。系统总体框图如下：

3.        控制系统描述

电机转动的角度经光电码盘检测转化为脉冲输出，对脉冲信号进行计数就得到角度转动的累计值，控制计算机将指令与光电码盘输出的角度信号相比较，得到误差信号，计算机将误差信号按照控制算法计算后，经D/A输出并经功率放大后转换成驱动电流施加到力矩电机上，电机按输入信号要求驱动负载转动。

系统机械装置单台重量在5.2kg以内，底盘直径为150mm，系统转子的转动惯量J=0.0078kg·m²，所以在0.02N·m力矩作用0.5秒时，系统可以从0°／s达到73.2°／s，这是一个不太高的转速，从使用角度分析，这样比较有利。系统驱动采用稀土力矩电机，其技术指标为：在加入电机1.78A电流时，电机输出0.28N·m的力矩，最大可加入5.3A的电流，此时电机将输出0.84N·m的力矩，角度测量采用高精度光电编码器，分辨率为2000脉冲/周，经四倍频后可达8000脉冲/周。

4        机械系统描述

 机械系统大部分零件采用铝合金材料，考虑飞轮负载的尺寸不能太大，但又有一定的重量要求，所以采用比重较大的青铜材料，但系统的轴系由三段组成，设计时必须考虑到使三段支撑轴系对中精度高，才能使轴在回转时顺畅，摩擦力矩降到最小。

考虑到系统调整方便，将机械系统设计成可拆装结构，为了使机构坚固可靠，对联接、定位部分都进行了强化，主轴材料采用45号钢，以加强轴与轴承的结合强度，系统支撑轴承采用高精度级别的轴承，为了减小重量，去除无用质量，降低了系统的重量。在结构设计时，选用了两端出轴的电机，一端直接接负载飞轮，同轴的另一端电机轴通过联轴器接光电码盘，结构紧凑、无间隙、精度高，电机在机械装置的中部，电机罩采用杯状结构，强度高。装置的底座有固定边沿，螺栓通过边沿与台面螺孔固定装置于台面。零件安装前进行了清洗，转动部分加油润滑、防锈，并精心调整，保证了加工质量

5.        系统功能和操作

本系统可以产生三种固定的力矩波形；同时也可以根据要球任意设定力矩波形，这样设计可以大大增强系统的灵活性；实现了单片机和PC的相互传输。

上电后系统进入零位模式，电机始终保持零位，直到接受到上位机的控制指令为止。用串口发送1~3之间的数，命令电机做不同的运动，使其加速得到力矩。

要产生指定的力矩波形时，键入‘s’开始在界面的提示下建立自己的力矩，键入错误程序会有提示，并返回前一单元，从新键入命令字。程序允许中途停止运行或是修改力矩，在运行时键入‘s’，先执行停机指令，然后复位CPLD，从新确定零位，并执行新的波形。程序支持软件复位，设计时用处理器中看门狗模块，产生复位信号。