高速舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研制.pdf

1、導(dǎo)彈舵機(jī)作為導(dǎo)彈制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的重要裝置,對(duì)飛行特性有著決定性的影響。導(dǎo)彈向小型化智能化發(fā)展的同時(shí)也必然要求舵機(jī)進(jìn)一步向小型化、高功率密度化發(fā)展。高速電機(jī)在小型化、高功率密度化中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),但傳統(tǒng)的直流電動(dòng)舵機(jī)伺服系統(tǒng)由于其自身結(jié)構(gòu)的限制性能難以得到提升,體積大、可靠性差、發(fā)熱高的缺點(diǎn)越來(lái)越成為提高導(dǎo)彈舵機(jī)性能的制肘。相比之下,交流伺服系統(tǒng)在近幾十年得到迅猛的發(fā)展,其控制性能已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)直流伺服系統(tǒng)。因此交流伺服系統(tǒng)在航天導(dǎo)彈領(lǐng)域

2、尤其在高速電機(jī)方面上得到廣泛應(yīng)用將會(huì)是必然的趨勢(shì)。
　　本文的工作正是交流伺服系統(tǒng)在航天導(dǎo)彈領(lǐng)域的一項(xiàng)具體應(yīng)用。本文以導(dǎo)彈高速舵機(jī)為應(yīng)用對(duì)象,旨在研制出一款適合高速電機(jī)運(yùn)行的交流伺服系統(tǒng)。高速電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的難點(diǎn)之一在于高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的鐵耗過(guò)大因散熱問(wèn)題造成電機(jī)尺寸過(guò)大且效率低下。本文從減小高速運(yùn)行時(shí)的損耗出發(fā),采用定子無(wú)鐵心方案,并采用空心杯內(nèi)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),從根本上消除鐵耗,大大減小了高速運(yùn)行時(shí)的損耗。
　　利用電機(jī)有限元分

3、析軟件JMAG對(duì)所設(shè)計(jì)的高速電機(jī)和普通鐵心交流電機(jī)進(jìn)行了力矩、氣隙磁密、損耗、反電動(dòng)勢(shì)諧波方面的對(duì)比分析。證明了本文所設(shè)計(jì)電機(jī)與普通鐵心電機(jī)相比具有力矩輸出均勻、效率高、反電動(dòng)勢(shì)高次諧波小等優(yōu)點(diǎn)。
　　根據(jù)所設(shè)計(jì)電機(jī)具備的低電感特性,分析了所采用的矢量控制理論并使用了SVPWM調(diào)制方法,相比SPWM減少了功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)并提高了母線電壓使用率。在設(shè)計(jì)三環(huán)控制器中,采用了能進(jìn)行 IP/PI切換的控制模型,利用 MATLAB sim

4、ulink模塊對(duì)電機(jī)伺服的三環(huán)響應(yīng)做出了仿真,得出了電流、速度、位置的響應(yīng)特性。并根據(jù)伺服控制的性能要求設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了控制系統(tǒng)軟件。
　　在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,分析伺服運(yùn)算性能要求,為應(yīng)對(duì)高速電機(jī)低電感特性給控制帶來(lái)的難點(diǎn),采用了新型高速32位浮點(diǎn)運(yùn)算微控制器作為主控芯片,把控制周期縮減到50us。針對(duì)光電編碼器不耐沖擊及高速旋轉(zhuǎn)下帶寬過(guò)高的問(wèn)題,采用了新型霍爾元件構(gòu)成的磁電編碼器。圍繞該款微控制器搭建了功率輸出模塊、反饋檢測(cè)模塊和電源模塊