复合型五电平加载电机驱动器的研究

论文摘要

电动负载模拟是导弹舵系统半实物仿真中不可缺少的重要技术手段,其目的是为分析和研究舵系统的动力性能并获取地面试验数据,在航空、航天领域,试验技术作为重要的支持技术,其作用在许多新型号、新技术的开发过程中得到了很好的验证。在电动负载模拟系统中,加载电机驱动器的结构与控制方式直接影响到加载转矩的精度和动态响应速度。本文针对H桥式两电平驱动方式存在转矩冲击和脉动大、转子能量转换速度低而影响加载精度和系统带宽的问题,本文提出了一种电压性多电平驱动器的拓扑并给出了控制策略。仿真分析与实验结果表明,所提出的新型驱动器有扰加载带宽高于8Hz,性能较好。为了减小电动负载模拟器输出转矩脉动,提高加载精度,并进一步提高系统频宽,回收加载电机制动能量。本文研究了电流型多电平变换技术的能量可双向流动驱动器拓扑结构,并对其工作原理与控制方法进行了详细的分析。应用Matlab中的Simulink进行了系统级仿真,加载效果良好。在此基础上,本文针对电动负载模拟系统缺少仿真平台的问题,提出了双机同轴连动的仿真思路,并在Matlab/Simulink下根据数学推导得到的关系式及传递函数建立了仿真模块。模拟了半实物仿真中双机连动的加载状态。这一模块的建立为后续的研究提供了一个相对较好的仿真平台,对理论分析有较大帮助。最后,设计了变换器的硬件电路,包括硬件电路所需的辅助电源,驱动电路,缓冲电路。设计了软件流程,包括整流部分的软件控制,以及两种加载方式的软件流程。选取TMS320F2812 DSP作为信号处理芯片,完成整个系统的控制实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 负载模拟系统概述
• 1.2.1 负载模拟系统发展历史
• 1.2.2 电动负载模拟技术发展
• 1.2.3 电动负载模拟器评价体系
• 1.2.4 电动负载模拟技术研究现状
• 1.3 加载电机驱动器概述
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 传统加载驱动器缺陷及解决方案
• 2.1 驱动器分析
• 2.1.1 电压型输入级概况
• 2.2 两电平驱动器加载模式
• 2.2.1 运行状态分析
• 2.2.2 电压型两电平驱动器控制方案
• 2.3 不可控输入级与可控输入级比较分析
• 2.4 传统驱动器加载缺陷的原因
• 2.5 两电平驱动器的劣势
• 2.6 本章小结
• 第3章 复合型五电平驱动器研究
• 3.1 驱动器结构及运行状态分析
• 3.2 控制策略分析
• 3.2.1 恒值加载控制方案
• 3.2.2 动态加载控制方案一
• 3.2.3 动态加载控制方案二
• 3.2.4 仿真分析
• 3.3 加载性能分析
• 3.4 多电平驱动器与两电平驱动器比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电流型驱动器分析
• 4.1 电流型驱动器
• 4.1.1 电路拓扑结构
• 4.1.2 控制策略分析
• 4.1.3 加载仿真分析
• 4.2 电流型多电平驱动器
• 4.2.1 控制策略
• 4.2.2 加载仿真分析
• 4.3 电流型与电压型驱动器比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 双机连动模型验证及仿真分析
• 5.1 问题的提出
• 5.2 电机模型的建立
• 5.3 双机连动模型的建立
• 5.4 双机连动加载仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 电路设计
• 6.1 硬件实现
• 6.1.1 硬件的选取及设计
• 6.1.2 接口电路设计
• 6.2 软件设计
• 6.2.1 PID控制算法实现
• 6.2.2 PWM控制算法实现
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢