高控制精度的扫描系统研究

发布时间：2017-09-06 10:23

  本文关键词：高控制精度的扫描系统研究

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【摘要】：随着对航天遥感探测需求的提升,载荷的性能指标向高分辨率、宽视场发展。目前使用电扫描结合机械扫描是常用的遥感探测手段,越来越高的空间分辨率要求对扫描控制指标要求也越来越高,特别是对扫描镜指向运动控制精度的需求已经到角秒级别。如何实现高控制精度的扫描系统,其方案的研究和设计是目前的难点。高控制精度的扫描系统一般有位置稳定度和速度稳定度的要求。本课题位置稳定度要求扫描镜指向时位置量波动不能超过?1?rad(1?)。速度稳定度要求扫描镜5/s匀速运动时速度的波动幅值在1%以下。为了实现上述高控制精度的指标要求,本课题采用电流环、速度环和位置环伺服控制方案,选择永磁同步电机作为驱动电机,为了减小转矩波动使用SVPWM和0di?矢量控制方式作为驱动控制方案。使用MATLAB和Simulink建立三环伺服驱动控制系统数学模型进行仿真验证,通过扫描和指向控制仿真验证能够从理论上实现高控制精度目标。根据指标要求和理论分析,要实现高精度的指向控制,反馈精度是关键的影响因素。本课题对比多种方案选取小电阻采样作为电流传感器,高精度的720极感应同步器作为轴角传感器和速度传感器。为了实现绝对式测角,首次采用编码器与感应同步器作为粗精通道,数据融合得到高精度绝对式轴角位置信息。为了抗干扰,位置环控制器算法采用基于模型参考的自适应控制方法,与PID控制算法相比能显著减小控制偏差。针对实际系统中速度的波动,利用电机端产生的转矩恒等于负载端消耗转矩,得到系统的细化运动方程,同时使用系统辨识的方法得到摩擦力矩的模型。建立了带有摩擦干扰,转矩波动的伺服控制系统细化数学模型。针对速度环中周期性速度波动,经过模型仿真与实际对比判定是由齿槽转矩造成,分析齿槽转矩的数学模型,提出电流指令注入补偿的方法,仿真和实际控制效果表明该方法能显著降低了齿槽转矩对系统的影响。由于系统实际的需求,利用HiGale半实物仿真平台实现了对扫描系统的半实物验证。最终系统指向控制精度达到0.27?rad(1?)。
【关键词】：高控制精度 PMSM控制系统 感应同步器 转矩波动 半实物仿真
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.5
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 发展现状与趋势11-13
• 1.3 研究意义13-14
• 1.4 课题研究内容与章节安排14-19
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 指标说明15-17
• 1.4.3 章节安排17-19
• 2 控制方案设计分析19-37
• 2.1 控制方案简介19-21
• 2.2 PMSM模型21-27
• 2.2.1 坐标转换23-24
• 2.2.2 电压方程24-25
• 2.2.3 磁链方程25-26
• 2.2.4 转矩方程26
• 2.2.5 运动方程26-27
• 2.3 SVPWM驱动控制27-30
• 2.4 i_d=0矢量控制方式30-31
• 2.5 数学模型仿真与分析31-35
• 2.6 本章小结35-37
• 3 轴角传感器与控制器算法设计37-55
• 3.1 轴角传感器37-45
• 3.1.1 感应同步器的结构与原理39-43
• 3.1.2 数据融合43-45
• 3.1.3 实验对比45
• 3.2 控制器算法设计45-53
• 3.2.1 控制方案综述46-49
• 3.2.2 模型参考自适应控制49-53
• 3.3 本章小结53-55
• 4 转矩波动分析与摩擦力矩辨识55-65
• 4.1 转矩综述55-56
• 4.2 电机端产生的转矩56-60
• 4.2.1 电磁转矩56-57
• 4.2.2 齿槽转矩波动与补偿57-60
• 4.2.3 粘性阻尼转矩60
• 4.3 负载端消耗的转矩60-62
• 4.3.1 负载转矩60
• 4.3.2 摩擦力矩60-62
• 4.4 摩擦力矩系统辨识62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 实验平台搭建与仿真验证65-73
• 5.1 半实物仿真平台65-67
• 5.2 实验平台搭建67-68
• 5.3 实验结果与分析68-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 附录A79-80
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果80

【参考文献】

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本文编号：802569