高速舵機交流伺服系統(tǒng)的研制.pdf

1、導彈舵機作為導彈制導和控制系統(tǒng)的重要裝置,對飛行特性有著決定性的影響。導彈向小型化智能化發(fā)展的同時也必然要求舵機進一步向小型化、高功率密度化發(fā)展。高速電機在小型化、高功率密度化中具有獨特優(yōu)勢,但傳統(tǒng)的直流電動舵機伺服系統(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)熱高的缺點越來越成為提高導彈舵機性能的制肘。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)達到甚至超過直流伺服系統(tǒng)。因此交流伺服系統(tǒng)在航天導彈領域

2、尤其在高速電機方面上得到廣泛應用將會是必然的趨勢。
　　本文的工作正是交流伺服系統(tǒng)在航天導彈領域的一項具體應用。本文以導彈高速舵機為應用對象,旨在研制出一款適合高速電機運行的交流伺服系統(tǒng)。高速電機設計和控制的難點之一在于高速運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的鐵耗過大因散熱問題造成電機尺寸過大且效率低下。本文從減小高速運行時的損耗出發(fā),采用定子無鐵心方案,并采用空心杯內(nèi)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),從根本上消除鐵耗,大大減小了高速運行時的損耗。
　　利用電機有限元分

3、析軟件JMAG對所設計的高速電機和普通鐵心交流電機進行了力矩、氣隙磁密、損耗、反電動勢諧波方面的對比分析。證明了本文所設計電機與普通鐵心電機相比具有力矩輸出均勻、效率高、反電動勢高次諧波小等優(yōu)點。
　　根據(jù)所設計電機具備的低電感特性,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關次數(shù)并提高了母線電壓使用率。在設計三環(huán)控制器中,采用了能進行 IP/PI切換的控制模型,利用 MATLAB sim

4、ulink模塊對電機伺服的三環(huán)響應做出了仿真,得出了電流、速度、位置的響應特性。并根據(jù)伺服控制的性能要求設計和開發(fā)了控制系統(tǒng)軟件。
　　在實驗平臺上,分析伺服運算性能要求,為應對高速電機低電感特性給控制帶來的難點,采用了新型高速32位浮點運算微控制器作為主控芯片,把控制周期縮減到50us。針對光電編碼器不耐沖擊及高速旋轉(zhuǎn)下帶寬過高的問題,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、反饋檢測模塊和電源模塊