全閉環(huán)電動舵機及其特性的研究.pdf

1、當(dāng)今時代，隨著制導(dǎo)武器向著小型化、高精度、高響應(yīng)的方向迅猛發(fā)展，電動舵機作為指導(dǎo)武器關(guān)鍵執(zhí)行部件，它的性能優(yōu)劣將直接影響著飛航導(dǎo)彈整體的性能，決定著飛航導(dǎo)彈的命中率。本文借助實驗室與航天院所的合作項目，開展對全閉環(huán)電動舵機的研究，針對國內(nèi)普遍采用低性能直流電機驅(qū)動的電動舵機，研制一套采用永磁同步電機驅(qū)動的小型、高效、高響應(yīng)的全閉環(huán)電動導(dǎo)彈舵機交流伺服控制系統(tǒng)。交流永磁同步電機不論是體積、重量上還是效率、功率密度上都要優(yōu)于直流電機，因此，

2、采用交流永磁同步電機作為電動舵機的動力源是未來高效能、全電動舵機的重要發(fā)展趨勢。
　　根據(jù)電動舵機相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，確定出舵機總體結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)總體方案對電動舵機各組成環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計與優(yōu)化。舵機動力源采用表貼式永磁同步電機，利用電磁仿真軟件JMAG-Designer多次計算優(yōu)化確定出表貼式永磁同步電機的各尺寸參數(shù)，如槽極數(shù)、氣隙、定子內(nèi)外徑等。由于舵機最終輸出的力矩較大，不能設(shè)計成直驅(qū)式，故還要設(shè)計出小體積、高效率的減速傳動機構(gòu)

3、，利用此減速機構(gòu)配合永磁同步電機輸出舵機要求的力矩與轉(zhuǎn)速。為滿足舵機控制需要，還需設(shè)計電機轉(zhuǎn)子和舵面位置檢測用磁電編碼器，對電機轉(zhuǎn)子位置和舵面位置檢測的準(zhǔn)確程度直接影響著整個全閉環(huán)電動舵機的控制精度。
　　電動舵機作為一個位置隨動控制系統(tǒng)，為實現(xiàn)其高精度控制，還需對舵機制器進(jìn)行詳細(xì)研制，包括控制器硬件設(shè)計和軟件算法編制。對于舵機控制器硬件方面，要合理利用彈上電源設(shè)計出控制器供電電路；為實現(xiàn)表貼式永磁同步電機的控制和驅(qū)動，需設(shè)計電機

4、三相電流反饋檢測電路、磁電編碼器通訊電路以及控制PWM信號的功率放大電路；為實現(xiàn)電動舵機與彈上上位機的時時可靠通訊，還需設(shè)計高效的通訊電路。
　　舵機控制策略選用成熟可靠的位置-速度-電流三閉環(huán)PID控制算法。為避免設(shè)計中隱藏的疏漏，通過建立全閉環(huán)電動舵機的整體數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件中的Simulink模塊對其進(jìn)行指令跟蹤響應(yīng)仿真分析。此外，本文還搭建了全電動舵機等效半實物實驗平臺，通過仿真和等效實驗，對全電動舵系統(tǒng)進(jìn)行相