空间站螺钉工具集控制系统研究
发布时间：2020-12-23 20:55
空间站螺钉旋拧工具是空间站建设、舱内维护以及宇航员出仓维修等任务所需的重要工具之一。人工旋拧螺钉方式在空间站中很难实现,而且螺钉最终的拧紧程度并不能保持一致。传统的电动螺钉旋拧工具使用无刷直流电机作为动力机构,采用电流控制的方法无法保证旋拧速度的稳定性。本文针对永磁同步电机驱动的电动螺钉旋拧工具开发了一套控制系统,提高了螺钉旋拧过程的平稳性,并且对控制系统中的软硬件进行加固以适应空间站中的电磁辐射环境。首先在分析螺钉旋拧工具结构及运行过程的基础上,设计了机构的过程控制方案,确保螺钉旋拧功能的实现。并且针对工具在工作过程中出现的振动现象,深入分析在不同工作阶段造成振动的原因,在旋拧启动阶段采用矢量控制和谐波电流抑制相结合的方法,在矢量控制的基础上增加谐波电流环以减小机构动力装置--PMSM的速度波动;在旋拧密接阶段使用基于卡尔曼滤波的负载转矩观测器,完成对负载的观测及补偿来提高密接阶段的平稳性。其次分析系统功能需求,以DSP28335为主控芯片,完成控制系统硬件设计,并且对控制器硬件加进行了加固处理,给出了详细的电路原理图。而后,进行控制系统软件设计。给出了软件系统的总体方案设计,明确软...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)螺钉旋拧工具总体
旋拧完成图 2. 2 螺钉旋拧工具旋拧流程图启动阶段速度波动抑制算法具运行的过程主要分为启动阶段以及密接阶段。出较小的力矩就可以带动螺钉转动。此时工具主且恒定。在这一阶段造成旋拧过程速度不稳的原合面后，此时进入密接阶段，真正的拧紧过程才需的压紧力，并要克服螺纹牙间的摩擦力及螺栓拖动负载不断变化的过程。为了完成空间站中精稳定性的，本节针对螺钉旋拧过程中启动阶段的控制方案。度波动的原因是电机自身输出速度不稳定，其中MSM 输出转速不稳的主要原因[59]。造成 PMSM
min否卡滞故障是否力矩>=T1旋拧完成是过流保护否图 2. 2 螺钉旋拧工具旋拧流程图2.3 螺钉旋拧过程启动阶段速度波动抑制算法在拧紧螺钉时，工具运行的过程主要分为启动阶段以及密接阶段。在启动阶段，尚未产生预紧力，接插件电机输出较小的力矩就可以带动螺钉转动。此时工具主要受摩擦力的作用，可以看作带动的负载很小且恒定。在这一阶段造成旋拧过程速度不稳的原因是电机本身输出的速度不稳。在螺钉达到配合面后，此时进入密接阶段，真正的拧紧过程才开始。此时机构输出的力矩要产生拧紧螺钉所需的压紧力，并要克服螺纹牙间的摩擦力及螺栓头与被联接件接触面上的摩擦力，相当于机构拖动负载不断变化的过程。为了完成空间站中精密仪器的安装，提高螺钉旋拧工具旋拧过程的稳定性的，本节针对螺钉旋拧过程中启动阶段的速度波动，给出抑制旋拧启动阶段速度波动的控制方案。在启动阶段旋拧速度波动的原因是电机自身输出速度不稳定，其中谐波电流的存在尤其是5、7 谐波电流是导致 PMSM 输出转速不稳的主要原因[59]。造成 PMSM 谐波电流存在的因素主要有以下两点：（1）电机本体结构设计并不能达到理想状态，齿槽转矩以及电机内部结构造成的电机气隙磁场畸变。（2）逆变器的非线性。对 PMSM 进行闭环控制时，采用 SVPWM 的调制方式，这时开关管的死区时间以及管压降导致电机电流产生畸变。针对以上原因，为了抑制由谐波电流导致的 PMSM 转速波动，本文在建立 PMSM 谐波数学模型的基础上，采用注入谐波电压的方法以抵消 PMSM 稳态运行时的电流谐波分量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种机械臂末端旋拧工具的设计[J]. 于学文,侯月阳,卢山,章晓明,王奉文. 机电工程. 2017(09)
[2]浅谈电力电子器件的应用现状和发展[J]. 张岚,程威. 科技风. 2017(16)
[3]试论电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 郑和斌. 数字通信世界. 2017(07)
[4]对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J]. 赵争鸣,施博辰,朱义诚. 电工技术学报. 2017(12)
[5]基于电压前馈解耦的地铁永磁同步电机矢量控制研究[J]. 张凯,秦斌,王欣,梁枫,曹成琦. 湖南工业大学学报. 2016(05)
[6]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 谭鑫. 电子技术与软件工程. 2016(16)
[7]电动工具螺钉拧紧力矩控制方法[J]. 郭爱成. 电动工具. 2015(02)
[8]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明,张军明,盛况. 中国电机工程学报. 2014(29)
[9]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明. 变频器世界. 2014(06)
[10]基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制[J]. 章玮,王伟颖. 机电工程. 2012(07)
博士论文
[1]纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究[D]. 周飞鲲.吉林大学 2013
硕士论文
[1]永磁同步电机转矩脉动抑制方法的研究[D]. 韩东利.扬州大学 2017
[2]基于参数识别技术的永磁同步电机矢量控制研究[D]. 王晓晨.沈阳工业大学 2015
[3]永磁同步电机抗负载扰动控制策略研究[D]. 王伟颖.浙江大学 2012
[4]力矩拧紧机的应用及拧紧方式、参数的选择[D]. 张雷.吉林大学 2011
[5]大功率永磁同步电机运行谐波分析与抑制方法研究[D]. 甄帅.重庆大学 2011
[6]星载计算机的硬件容错设计与可靠性分析[D]. 付剑.国防科学技术大学 2009
[7]多传感器螺栓预紧检测方法研究[D]. 唐晓茜.浙江工业大学 2009
[8]基于卡尔曼滤波算法的永磁同步电机无速度传感器控制研究[D]. 刘祖全.山东大学 2009
[9]永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究[D]. 张辉.哈尔滨工业大学 2007
[10]单粒子效应电路模拟方法研究[D]. 刘征.国防科学技术大学 2006
本文编号：2934344
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)螺钉旋拧工具总体
旋拧完成图 2. 2 螺钉旋拧工具旋拧流程图启动阶段速度波动抑制算法具运行的过程主要分为启动阶段以及密接阶段。出较小的力矩就可以带动螺钉转动。此时工具主且恒定。在这一阶段造成旋拧过程速度不稳的原合面后，此时进入密接阶段，真正的拧紧过程才需的压紧力，并要克服螺纹牙间的摩擦力及螺栓拖动负载不断变化的过程。为了完成空间站中精稳定性的，本节针对螺钉旋拧过程中启动阶段的控制方案。度波动的原因是电机自身输出速度不稳定，其中MSM 输出转速不稳的主要原因[59]。造成 PMSM
min否卡滞故障是否力矩>=T1旋拧完成是过流保护否图 2. 2 螺钉旋拧工具旋拧流程图2.3 螺钉旋拧过程启动阶段速度波动抑制算法在拧紧螺钉时，工具运行的过程主要分为启动阶段以及密接阶段。在启动阶段，尚未产生预紧力，接插件电机输出较小的力矩就可以带动螺钉转动。此时工具主要受摩擦力的作用，可以看作带动的负载很小且恒定。在这一阶段造成旋拧过程速度不稳的原因是电机本身输出的速度不稳。在螺钉达到配合面后，此时进入密接阶段，真正的拧紧过程才开始。此时机构输出的力矩要产生拧紧螺钉所需的压紧力，并要克服螺纹牙间的摩擦力及螺栓头与被联接件接触面上的摩擦力，相当于机构拖动负载不断变化的过程。为了完成空间站中精密仪器的安装，提高螺钉旋拧工具旋拧过程的稳定性的，本节针对螺钉旋拧过程中启动阶段的速度波动，给出抑制旋拧启动阶段速度波动的控制方案。在启动阶段旋拧速度波动的原因是电机自身输出速度不稳定，其中谐波电流的存在尤其是5、7 谐波电流是导致 PMSM 输出转速不稳的主要原因[59]。造成 PMSM 谐波电流存在的因素主要有以下两点：（1）电机本体结构设计并不能达到理想状态，齿槽转矩以及电机内部结构造成的电机气隙磁场畸变。（2）逆变器的非线性。对 PMSM 进行闭环控制时，采用 SVPWM 的调制方式，这时开关管的死区时间以及管压降导致电机电流产生畸变。针对以上原因，为了抑制由谐波电流导致的 PMSM 转速波动，本文在建立 PMSM 谐波数学模型的基础上，采用注入谐波电压的方法以抵消 PMSM 稳态运行时的电流谐波分量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种机械臂末端旋拧工具的设计[J]. 于学文,侯月阳,卢山,章晓明,王奉文. 机电工程. 2017(09)
[2]浅谈电力电子器件的应用现状和发展[J]. 张岚,程威. 科技风. 2017(16)
[3]试论电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 郑和斌. 数字通信世界. 2017(07)
[4]对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J]. 赵争鸣,施博辰,朱义诚. 电工技术学报. 2017(12)
[5]基于电压前馈解耦的地铁永磁同步电机矢量控制研究[J]. 张凯,秦斌,王欣,梁枫,曹成琦. 湖南工业大学学报. 2016(05)
[6]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 谭鑫. 电子技术与软件工程. 2016(16)
[7]电动工具螺钉拧紧力矩控制方法[J]. 郭爱成. 电动工具. 2015(02)
[8]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明,张军明,盛况. 中国电机工程学报. 2014(29)
[9]电力电子器件及其应用的现状和发展[J]. 钱照明. 变频器世界. 2014(06)
[10]基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制[J]. 章玮,王伟颖. 机电工程. 2012(07)
博士论文
[1]纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究[D]. 周飞鲲.吉林大学 2013
硕士论文
[1]永磁同步电机转矩脉动抑制方法的研究[D]. 韩东利.扬州大学 2017
[2]基于参数识别技术的永磁同步电机矢量控制研究[D]. 王晓晨.沈阳工业大学 2015
[3]永磁同步电机抗负载扰动控制策略研究[D]. 王伟颖.浙江大学 2012
[4]力矩拧紧机的应用及拧紧方式、参数的选择[D]. 张雷.吉林大学 2011
[5]大功率永磁同步电机运行谐波分析与抑制方法研究[D]. 甄帅.重庆大学 2011
[6]星载计算机的硬件容错设计与可靠性分析[D]. 付剑.国防科学技术大学 2009
[7]多传感器螺栓预紧检测方法研究[D]. 唐晓茜.浙江工业大学 2009
[8]基于卡尔曼滤波算法的永磁同步电机无速度传感器控制研究[D]. 刘祖全.山东大学 2009
[9]永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究[D]. 张辉.哈尔滨工业大学 2007
[10]单粒子效应电路模拟方法研究[D]. 刘征.国防科学技术大学 2006
本文编号：2934344
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