数字式双余度电动舵机伺服放大器研究

发布时间：2017-04-15 14:05

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【摘要】：本论文来源于横向课题——飞控系统数字式双余度电动舵机伺服放大器研究,旨在研究针对舵机用的双余度无刷直流电机的数字式伺服放大器,用于取代目前航空上舵机用双余度有刷直流电机数字伺服放大器和无刷直流电机模拟伺服放大器。 论文介绍了选题背景和意义以及电动舵机伺服放大器的现状和发展前景。针对舵机用双余度稀土永磁无刷直流电机数字式伺服放大器提出了一套以DSP芯片TMS320F240为控制核心的总体设计方案,并介绍了电动舵机和双余度电机的结构及原理。在介绍稀土永磁无刷直流电机单余度和双余度数学模型的基础上,根据无刷直流电机的状态方程,在Matlab6.5下建立了无刷直流电机动态数学模型并进行了仿真,给出了仿真结果,同时对部分系统故障如逆变器故障、绕组故障和HALL位置传感器故障进行了一定的理论分析。根据系统方案,完成了系统的硬件设计与软件设计,实现了位置伺服系统的数字化控制,解决了双余度电流均衡问题,使系统具备了一定的余度管理功能和容错能力。同时为了系统调试的方便,采用C++Builder编写了基于PC机的上位机程序,通过串口通讯,实现了对电机多种运动模式的控制及实时图形显示下位机反馈的各种电机参数。最后完成了原理样机的研制,并在样机上进行一系列的实验,给出了实验结果与分析。实验表明,所研制的原理样机,已经具备了数字式双余度电动舵机伺服放大器的雏形,所研究的成果对后续的研究具有十分重要的参考价值。
【关键词】：电动舵机 双余度 DSP 无刷直流电机 仿真 电流均衡 余度管理 RS232 C++ Builder
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V242
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-4
• 目录4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 论文背景及意义7-8
• 1.2 电动舵机伺服放大器的现状及前景8-9
• 1.3 论文研究的主要内容9-10
• 1.4 论文的工作安排与构成10-11
• 第二章 系统总体方案11-20
• 2.1 系统结构与原理11-14
• 2.2 系统控制策略14-16
• 2.3 电动舵机的组成结构及特性16-17
• 2.3.1 电动舵机的组成结构16
• 2.3.2 双余度电机电气特性16-17
• 2.4 双余度电机结构与原理17-20
• 第三章 系统仿真与故障分析20-34
• 3.1 无刷直流电机数学模型20-23
• 3.1.1 单绕组电机数学模型20-22
• 3.1.2 双绕组电机数学模型22-23
• 3.2 基于MATLAB下的系统建模23-27
• 3.2.1 单绕组电机建模23-27
• 3.2.1.1 电压方程模块23-24
• 3.2.1.2 反电势计算模块24-26
• 3.2.1.3 电磁转矩测量模块26-27
• 3.2.1.4 机械运动方程模块27
• 3.2.2 双绕组电机建模27
• 3.3 无刷直流电机MATLAB模型封装27-28
• 3.4 无刷直流电机仿真28-30
• 3.5 系统故障分析30-34
• 3.5.1 逆变器某一桥臂断路故障分析30-31
• 3.5.2 绕组一相断路故障分析31-32
• 3.5.3 HALL位置传感器故障分析32-34
• 第四章 系统硬件设计34-50
• 4.1 TMS320F240概述34-41
• 4.1.1 TMS320F240特点34-35
• 4.1.2 TMS320F240的结构35-39
• 4.1.3 TMS320F240中断体系39
• 4.1.4 JTAG仿真接口39-41
• 4.2 SCI串口通讯电路41-42
• 4.3 主功率电路42-43
• 4.4 驱动电路43-45
• 4.5 隔离电路45-46
• 4.6 GAL逻辑电路46-47
• 4.7 电流采样电路47-48
• 4.8 故障的检测与保护电路48-50
• 4.8.1 运行中HALL片故障检测方法48-49
• 4.8.2 DC电源极性保护及过压、欠压检测49-50
• 第五章 系统软件设计50-63
• 5.1 系统软件概述50
• 5.2 上位机编程50-54
• 5.2.1 编程软件特点50
• 5.2.2 上位机软件结构50-52
• 5.2.3 上位机软件的实现52-54
• 5.2.4 上位机软件实例解析54
• 5.3 下位机编程54-60
• 5.3.1 DSP软件构成54-55
• 5.3.2 软件的功能55-56
• 5.3.3 主程序框架56-58
• 5.3.4 电流环、速度环及位置环的实现58-59
• 5.3.5 中断服务子程序59-60
• 5.4 GAL编程60-63
• 第六章 原理样机实验63-71
• 6.1 双余度稀土永磁无刷直流电机机械特性测试63-65
• 6.2 速度闭环时电机的机械特测试65-66
• 6.3 电流均衡实验66-68
• 6.3.1 稳态时的电流均衡实验66-67
• 6.3.2 瞬态时的电流均衡实验67-68
• 6.4 余度管理测试68-69
• 6.5 反电势波形测试69-71
• 第七章 总结71-73
• 7.1 论文完成的工作71
• 7.2 后续的工作71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77
• 致谢77-78

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 罗芳;安群涛;孙力;孙立志;;双余度无刷直流电机系统的仿真及分析[J];变频器世界;2008年05期

2 张志强;高金行;李俊霖;;双余度舵机伺服系统设计[J];机械与电子;2012年11期

3 罗芳;安群涛;孙力;孙立志;;双余度无刷直流电机系统的仿真及分析[J];伺服控制;2008年04期

4 韩彬;齐蓉;;双余度电机伺服系统过流保护研究[J];微电机;2008年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 王银泽;无人机电动舵机系统仿真与分析[D];电子科技大学;2011年

2 王慧娟;双余度电动伺服舵机系统设计[D];南京航空航天大学;2010年

3 林全喜;航空电动燃油泵用无刷直流电动机研究[D];西北工业大学;2006年

4 付丽;基于Internet的无刷直流电机控制系统研究[D];西北工业大学;2006年

5 杨永亮;双余度无刷直流电机控制技术研究[D];西北工业大学;2007年

6 张海涛;高精度双余度舵机伺服系统研究[D];西北工业大学;2007年

7 刘亚;基于网络的无刷直流电动机控制系统的研究[D];西北工业大学;2007年

8 文德华;基于TMS320LF2407A多余度舵机测控系统的设计与研究[D];西华大学;2010年

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本文编号：308543