双余度无刷直流电动机伺服系统的研究

论文摘要

为满足某飞机电动舵机伺服驱动系统的需要,论文针对双余度无刷直流电动机的控制技术进行了深入研究,设计了单/双通道工作模式的驱动系统。该驱动系统实现了位置、转速和电流的闭环控制,具有良好的动态和静态性能。同时本系统具有余度管理和容错功能,以保证系统的可靠工作。首先分析了双余度无刷直流电动机的结构和特点,建立了其数学模型,并在此基础上研究了系统的闭环控制策略。对逆变器脉宽调制（PWM）调制方式及其对电机换相转矩波动的影响进行了深入分析,指出采用PWM-ON方式更有利于减小换相转矩波动。利用Matlab/Simulink建立了双余度无刷直流电动机伺服控制系统的仿真模型,并给出了仿真结果。论文对双余度无刷直流电动机伺服系统的故障类型及其特点进行了分析,研究了系统的几种主要故障表现形式及其对电机性能的影响,给出了逆变器和位置传感器故障的检测方法。为提高系统可靠性,进行了余度设计,研究了系统的余度管理问题。在理论分析的基础上,根据电动舵机系统的技术指标要求,设计了采用数字信号处理器（DSP）为主控单元的双余度无刷直流电动机控制系统硬件电路,并在软件方面对系统的闭环调节算法和双通道控制的余度管理策略进行了程序设计,完成了原理样机的研制。最后在样机上进行实验研究。实验结果验证了所提算法和策略的正确性,表明该方案能够满足电动舵机驱动系统的要求。论文所获得的阶段性成果对后续的研究工作具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 电动舵机系统的研究现状
• 1.3 电动舵机的关键技术
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 双余度无刷直流电动机数学模型与控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 无刷直流电动机的工作原理
• 2.3 双余度无刷直流电动机的系统构成及数学模型
• 2.3.1 双余度无刷直流电动机系统构成
• 2.3.2 双余度无刷直流电动机的数学模型
• 2.4 舵机用双余度无刷直流电动机的控制策略
• 2.4.1 双余度无刷直流电动机的三闭环系统
• 2.4.2 无刷直流电动机PWM调制方式分析
• 2.5 双余度无刷直流电动机伺服系统的建模与仿真
• 2.5.1 双余度无刷直流电动机仿真模型本体模块
• 2.5.2 电流滞环控制模块
• 2.5.3 速度控制模块
• 2.5.4 参考电流模块
• 2.5.5 伺服系统仿真结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 双余度无刷直流电动机的余度管理技术
• 3.1 引言
• 3.2 双余度无刷直流电动机控制系统故障分析
• 3.2.1 电机绕组故障
• 3.2.2 位置传感器故障
• 3.2.3 逆变器故障
• 3.3 系统的故障诊断
• 3.3.1 逆变器的故障诊断
• 3.3.2 位置传感器的故障诊断
• 3.4 系统的余度设计与余度管理
• 3.5 本章小结
• 第4章 双余度无刷直流电动机伺服系统设计
• 4.1 双余度无刷直流电动机伺服系统总体方案
• 4.2 系统硬件设计
• 4.2.1 控制电路的设计
• 4.2.2 主电路设计
• 4.2.3 位置传感器接口电路
• 4.2.4 母线电压和电流检测
• 4.2.5 故障检测电路
• 4.3 系统的软件设计
• 4.3.1 系统的主程序设计
• 4.3.2 系统闭环控制程序设计
• 4.3.3 余度管理程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统实验研究
• 5.1 电机的机械特性实验
• 5.2 样机实验
• 5.2.1 样机的开环实验
• 5.2.2 样机的闭环实验
• 5.3 PWM调制方式实验
• 5.4 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