导弹舵机用永磁同步电机控制系统设计

发布时间：2020-10-09 17:57

　　 导弹舵机是飞行导弹飞行时姿态调整的动力机构,按照上位机发出的指令来控制舵机的舵偏角和速度,从而对导弹飞行姿态进行精确地控制。导弹舵机主要有液压舵机,气动舵机以及电动舵机这三种,电动舵机由于它具有体积小重量轻,响应速度快,可靠性高等优点,已经逐渐取代其他两种舵机,目前电动舵机主要由无刷直流电机和传动机构组成,但是无刷直流存在电机转矩脉动大的问题,传动机构也会带来功率损耗效率降低的问题,会影响其在舵机系统中的大范围推广,因此本文提出结合FOC(Field-Oriented Control,磁场定向控制)矢量控制算法,使用外转子永磁同步电机,设计一款抗冲击快响应直驱式导弹舵机系统,实现导弹舵机快速地调速控制。论文首先简单介绍了永磁同步电机的分类及其数学模型,针对表贴式永磁同步电机数学模型,介绍了FOC矢量控制算法以及转速外环PI(Proportion Integral,PI)控制器以及电流内环PI控制器参数整定方法,并根据两种PI控制器参数整定方法的需要,测量和估计团队设计的外转子永磁同步电机的相关参数,接着在Matlab/Simulink软件中,搭建其仿真模型,验证PI控制器参数整定和算法的合理性。接着针对电机尺寸,介绍了电动舵机硬件电路系统的电源电路,功率电路及其驱动电路,三相电流采样电路,角位置检测电路,MCU及其外围电路的设计过程;重点介绍了现有电机尺寸和结构下,角位置传感器的选型过程以及两种磁编码器测量原理及其安装过程。随后设计了一套基于XMC1302平台的FOC矢量控制软件系统,详细介绍了其软件开发环境,DAVE3中App配置过程以及主程序,中断程序,FOC子程序,PI控制器子程序,电机启动子程序的设计流程。在完成包括电机的硬件系统设计和软件程序编写的基础上,对导弹舵机系统进行了机械方面和电气方面的测试,证明整个舵机系统在承受巨大冲击力后仍可以稳定运行和快速地调速,满足舵机系统的基本要求。最后对所做工作进行总结和对未来工作进行规划。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TJ765;TM341
【部分图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文2.4.1 电机相关参数测量在前面分析中，转速外环 PI 控制器和电流内环控制器参数整定，需要知道定子相电阻 R，dq 轴电感 Ld、Lq，以及电机的转动惯量 J。此外，根据图 2-3 与图 2-4 搭建的仿真模型如图 2-5 所示。

Matlab/Simulink中永磁同步电机参数设置框

iA和iB以及iC波形

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本文编号：2834004