空间小型高精度交流伺服转台的研制

发布时间：2017-08-16 07:10

  本文关键词：空间小型高精度交流伺服转台的研制

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【摘要】：随着各国航天技术的发展,利用和控制空间成为各军事强国努力抢占的战略制高点。伺服转台作为空间飞行器探测和跟踪目标的重要载体,其正发挥着越来越重要的作用。目前,空间用电动伺服转台的驱动元件和测角元件一般采用无刷直流电机和旋转变压器,但由于两者存在的缺点,伺服转台的各方面性能还存在诸多问题。本文主要针对以上问题,研制一款基于交流永磁同步电机和磁电编码器的交流伺服转台,以使其更好的适应空间要求。首先,本文针对空间伺服转台小型化和高精度的要求,对转台的总体机械结构进行了设计。根据转台的载荷和尺寸要求,合理选择了其结构形式,并合理设计了双电机齿轮传动的间接驱动方案,解决了齿轮传动过程中存在的啮合间隙问题,提高了转台传动的平稳性;此外,针对转台较高测角精度的要求,设计了三圈磁钢组合式的磁电编码器结构,并借助JAMG-Designer电磁仿真分析软件验证了磁钢设计的可行性。其次,本文对转台用交流永磁同步电机展开了详细的设计和仿真分析。其中电机的机械结构设计从转子形式的选择、槽极配合方案的确定、绕组匝数和线径的设计以及各部分材料的选择等几方面展开,设计出了符合转台技术要求的小型化电机;然后利用JAMG软件对所设计的电机进行了电磁仿真分析,从反电动势波形、力矩波动特性、磁密特性和铁耗分析等几方面论证了电机设计的合理性。之后,本文进行了转台系统伺服控制器的硬件设计。针对所设计转台的双电机传动链结构,确定了双电机控制的主控板设计方案,并从主从CPU电路、驱动逆变电路、反馈电路和电源电路等几方面详细说明了主控板原理图的设计;针对所设计编码器的三圈磁钢组合式信号发生机构,合理设计了其单对极霍尔板和多对极霍尔板。最后,本文对转台系统的软件程序进行了开发,并展开了相关验证实验。一方面,完善了组合式磁电编码器的标定和工作程序,并通过替代实验初步验证了标定后的组合式磁电编码器的精度可达到转台所要求的测角精度;另一方面,针对转台双电机传动链和电机双控板的结构,设计了双电机传动链控制策略,并开发了双电机伺服控制程序,在调试好电机的电流环和速度环的基础上,实验验证了双电机控制策略的可行性。
【关键词】：空间 伺服转台 小型化 双电机传动链
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究发展现状10-15
• 1.2.1 转台的国内外发展现状10-12
• 1.2.2 伺服电机及其控制系统的发展概况12-13
• 1.2.3 编码器的国内外研究现状13-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第2章 转台总体结构设计16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 转台技术指标及结构形式的选择16-18
• 2.3 转台驱动方式和传动方案的设计18-20
• 2.3.1 驱动方式的选择18
• 2.3.2 传动方案的设计18-20
• 2.4 回转轴组合式磁电编码器的结构设计20-26
• 2.4.1 组合式磁电编码器原理简述21-23
• 2.4.2 编码器信号发生结构的设计23-26
• 2.5 转台总体结构的确立26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 转台用交流永磁同步电机的设计与分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 电机技术指标的计算分析29-30
• 3.3 交流永磁同步电机的结构设计30-34
• 3.3.1 转子结构形式的选择30-31
• 3.3.2 槽极配合方案的制定31-32
• 3.3.3 绕组匝数和线径的确立32-33
• 3.3.4 电机各部分材料的选择及结构的确立33-34
• 3.4 电机的电磁仿真分析34-40
• 3.4.1 反电动势分析35-37
• 3.4.2 力矩波动分析37-39
• 3.4.3 电机磁密分析39
• 3.4.4 电机铁耗分析39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 转台系统伺服控制器硬件设计42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 电机主控板硬件电路设计42-51
• 4.2.1 主从CPU电路设计42-44
• 4.2.2 驱动及逆变电路设计44-46
• 4.2.3 反馈电路设计46-49
• 4.2.4 电源电路设计49-50
• 4.2.5 其他辅助电路设计50-51
• 4.3 回转轴编码器板硬件设计51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 转台伺服系统的软件开发与实验54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 组合式磁电编码器的标定及实验分析54-57
• 5.2.1 编码器的标定及工作程序54-55
• 5.2.2 编码器标定的实验分析55-57
• 5.3 转台双电机传动链系统软件开发57-61
• 5.3.1 双电机传动链控制策略的设计57-59
• 5.3.2 双电机控制程序的开发59-61
• 5.4 转台双电机传动链系统基础实验61-65
• 5.4.1 电机电流环和速度环调试实验61-63
• 5.4.2 双电机传动链系统验证实验63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

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本文编号：681962