大功率EMA伺服驱动系统设计与研究

发布时间：2017-09-03 08:08

  本文关键词：大功率EMA伺服驱动系统设计与研究

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【摘要】：EMA是一种通过电机驱动负载的机电一体化作动器。相比于传统液压作动器,EMA具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高等优势。随着飞机向全电化方向发展,EMA将在航空领域扮演更加重要的角色,它和EHA将逐步取代传统的集中式液压作动器。本文设计了一套大功率、全数字化的EMA伺服驱动系统,并试制了原理性样机。本文首先对EMA伺服驱动系统进行了总体设计,分别建立了永磁同步电机、机械传动部分及系统闭环控制的数学模型,完成了整个EMA伺服驱动系统的数学建模。然后,结合智能控制理论,将BP神经网络应用于EMA系统速度环的PI控制器参数调节,对EMA系统进行速度环和位置环仿真,验证方案的可行性及优越性。其次,以IPM为基础设计了硬件系统的功率电路,以TMS230F28335 DSP为控制核心设计了全数字控制电路,完成了整个EMA伺服驱动系统的硬件平台设计。然后,以EMA系统硬件平台为基础,结合使用需求,设计编写了软件系统,实现了EMA伺服驱动系统的基本功能。最后通过试验,对本文设计的EMA伺服驱动系统原理性样机进试验,验证了系统设计的正确性。
【关键词】：EMA 永磁同步电机 BP神经网络 DSP 伺服驱动
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V241
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势15-17
• 1.3 EMA伺服驱动系统关键技术17-19
• 1.3.1 电机技术17
• 1.3.2 功率半导体技术17-18
• 1.3.3 机械传动技术18
• 1.3.4 数字伺服技术18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-20
• 2 EMA伺服驱动系统控制模型研究20-34
• 2.1 EMA伺服驱动系统模型总体设计20
• 2.2 永磁同步电机模型及其控制策略20-27
• 2.2.1 永磁同步电机原理及结构20-21
• 2.2.2 永磁同步电机数学模型21-23
• 2.2.3 矢量控制策略23-24
• 2.2.4 空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术24-27
• 2.3 EMA系统机械传动模型27-29
• 2.4 EMA系统闭环控制模型设计29-33
• 2.4.1 电流环设计30-31
• 2.4.2 速度环设计31-32
• 2.4.3 位置环设计32-33
• 2.4.4 EMA系统闭环控制模型33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 基于BP神经网络的EMA伺服控制研究34-42
• 3.1 BP神经网络的模型与学习算法34-35
• 3.2 基于BP-PI的EMA系统速度伺服控制35-39
• 3.2.1 基于BP神经网络的PI控制器结构35-38
• 3.2.2 BP-PI调节器在EMA速度伺服中的应用38-39
• 3.3 EMA系统仿真与分析39-41
• 3.3.1 EMA速度伺服仿真40
• 3.3.2 EMA位置伺服仿真40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 EMA伺服系统硬件设计42-64
• 4.1 EMA伺服系统硬件的总体设计42-43
• 4.1.1 EMA伺服驱动器硬件需求分析42
• 4.1.2 EMA伺服驱动系统硬件结构设计42-43
• 4.2 EMA伺服系统供电电路设计43-45
• 4.2.1 功率电路供电设计43-44
• 4.2.2 控制电路供电设计44-45
• 4.3 EMA伺服系统功率电路设计45-51
• 4.3.1 主电路结构45-46
• 4.3.2 逆变电路46-48
• 4.3.3 电流、电压、温度检测及保护电路48-50
• 4.3.4 软启动电路50-51
• 4.3.5 系统泄放电路51
• 4.4 系统控制电路设计51-62
• 4.4.1 DSP系统51-53
• 4.4.2 CPLD系统53-55
• 4.4.3 旋转变压器解码电路55-59
• 4.4.4 按键操作与显示面板59
• 4.4.5 外围通信电路59-62
• 4.5 硬件电路实物图62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 EMA伺服驱动系统软件设计64-78
• 5.1 EMA伺服系统软件的总体设计64-65
• 5.1.1 EMA系统的软件需求分析64
• 5.1.2 软件系统结构划分64-65
• 5.2 系统主程序65-66
• 5.3 ePWM中断程序66-72
• 5.3.1 三相电流采样67-68
• 5.3.2 位置、速度采样68-69
• 5.3.3 数字PI调节器69-70
• 5.3.4 SVPWM数字实现70-72
• 5.4 DSP与CPLD通信程序设计72-74
• 5.5 操作面板控制程序74-75
• 5.6 外围通信程序75
• 5.7 试验分析75-77
• 5.8 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 全文总结78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

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本文编号：783811