飞行器电动舵机设计与研究
发布时间：2021-07-14 14:11
电动舵机系统是一种复杂的机电一体化系统，同时也是一种高精度的位置伺服系统，对飞行器的姿态控制具有重要影响。随着科学技术的不断发展，先进空空导弹广泛采用速度快、精度高、功率重量比大、可靠性可维护性好的全数字化伺服舵机系统。为满足先进中远程空空导弹高性能伺服舵机系统的要求，本文设计了一种基于永磁同步电动机（PMSM）的伺服电动舵机，并对舵机的总体结构和控制策略分别进行了设计和研究。针对未来空空导弹倾斜转弯控制（BTT）技术的要求，设计的电动舵机综合了气动力控制和推力矢量控制，且推力矢量喷口可直接产生弹体滚转力矩。与无刷直流电动机相比，永磁同步电动机更适合作为高精度位置伺服系统的动力源。在讨论负载铰链力矩影响基础上分析了舵回路的构成，然后建立了PMSM的数学模型并研究其矢量控制方式，并基于极坐标系研究一种新的矢量控制方法。为进一步减小舵机重量、提高其可靠性，采用无传感器技术，并设计了基于平方根容积卡尔曼滤波器（SCKF）的转速/位置观测器。基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了集SVPWM、PMSM以及SCKF观测器的电动舵机仿真模型，对所提出的设计方案进行了仿真验证与研究。
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电动舵机的工作原理及研究现状
1.2.1 电动舵机的结构和工作原理
1.2.2 电动舵机的研究状况
1.3 永磁同步电动机及其控制技术
1.3.1 永磁同步电动机特点及分类
1.3.2 PMSM典型控制方式
1.3.3 无传感器PMSM控制技术
1.4 舵机系统设计一般要求
1.5 课题的主要研究内容
第二章 电动舵机的总体设计
2.1 引言
2.2 空空导弹的飞行方式和特点
2.3 电动舵机的结构设计及工作原理
2.4 负载特性及其对电动舵机性能的影响
2.4.1 舵面的负载特性
2.4.2 铰链力矩对舵机工作的影响
2.5 舵回路设计
2.6 舵面锁制器设计
2.7 本章小结
第三章 永磁同步电动机的数学模型及矢量控制
3.1 引言
3.2 坐标变换
3.3 永磁同步电动机数学模型
3.3.1 PMSM在定子静止两相坐标系下的磁链方程和电压方程
3.3.2 PMSM在转子两相旋转坐标系下的磁链方程和电压方程
3.3.3 PMSM转矩方程和运动方程
3.3.4 PMSM状态方程
3.4 PMSM的矢量控制
3.4.1 传统矢量控制方式
3.4.2 基于极坐标系的矢量控制方式
3.5 本章小结
第四章 基于SCKF的永磁同步电动机状态观测
4.0 引言
4.1 非线性状态估计理论及新进展
4.2 容积卡尔曼滤波原理
4.3 标准容积卡尔曼滤波算法
4.4 平方根容积卡尔曼估计器设计
4.5 PMSM转子初始位置确定
4.6 本章小结
第五章 电动舵机仿真及研究
5.1 引言
5.2 带转速/位置传感器电动舵机仿真模型的建立与仿真
5.3 带SCKF估计器的电动舵机仿真模型的建立与仿真
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和申请专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cubature卡尔曼滤波与Unscented卡尔曼滤波估计精度比较[J]. 孙枫,唐李军. 控制与决策. 2013(02)
[2]基于三相旋转变换与极坐标变换的电机矢量控制[J]. 苏翀,韩兵. 微型电脑应用. 2012(07)
[3]非线性系统确定采样型滤波算法综述[J]. 王小旭,潘泉,黄鹤,高昂. 控制与决策. 2012(06)
[4]一种典型数字无刷电动舵机的设计[J]. 曾漫,熊小丽,丁文革,范亚龙. 中北大学学报(自然科学版). 2011(06)
[5]平方根容积卡尔曼滤波器[J]. 郝燕玲,杨峻巍,陈亮,郝金会. 弹箭与制导学报. 2012(02)
[6]永磁同步电动机无传感器控制技术综述[J]. 戴永亮,孙力,张晓光,赵克. 伺服控制. 2011(04)
[7]平方根容积卡尔曼滤波算法及其应用[J]. 穆静,蔡远利. 兵工自动化. 2011(06)
[8]PMSM矢量控制系统的精确仿真研究[J]. 杨明,牛里,王宏佳,徐殿国. 电气传动. 2009(10)
[9]一种小型空空导弹舵面锁制器的设计实现[J]. 何卫国,彭科容. 科技资讯. 2009(20)
[10]基于改进型平方根UKF算法的永磁同步电机状态估计[J]. 曲智勇,姚郁,韩俊伟. 电机与控制学报. 2009(03)
博士论文
[1]新型进给系统—永磁直线同步电机的磁极位置及速度估计算法研究[D]. 余佩琼.浙江大学 2008
[2]基于扩展卡尔曼滤波的无位置传感器PMSM系统研究[D]. 李波.哈尔滨工业大学 2007
[3]电动舵机的鲁棒控制研究[D]. 骆光照.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]基于卡尔曼滤波的永磁同步电机驱动技术研究[D]. 潘扬.浙江工业大学 2010
[2]UKF算法及其改进算法的研究[D]. 刘铮.中南大学 2009
[3]无先导卡尔曼滤波算法分析[D]. 樊红娟.西南大学 2007
[4]基于电压空间矢量脉宽调制永磁同步电机直接转矩控制[D]. 高艳平.沈阳工业大学 2007
[5]电动舵机的集成设计与控制[D]. 李跃忠.北京交通大学 2006
[6]采用高频电压信号注入法检测位置的PMSM控制系统研究[D]. 汪双明.武汉理工大学 2006
[7]基于非线性估计理论的永磁同步电机无传感器控制方法的研究[D]. 江俊.江南大学 2006
[8]永磁同步电机调速系统矢量控制的研究[D]. 季画.南京航空航天大学 2004
本文编号：3284297
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电动舵机的工作原理及研究现状
1.2.1 电动舵机的结构和工作原理
1.2.2 电动舵机的研究状况
1.3 永磁同步电动机及其控制技术
1.3.1 永磁同步电动机特点及分类
1.3.2 PMSM典型控制方式
1.3.3 无传感器PMSM控制技术
1.4 舵机系统设计一般要求
1.5 课题的主要研究内容
第二章 电动舵机的总体设计
2.1 引言
2.2 空空导弹的飞行方式和特点
2.3 电动舵机的结构设计及工作原理
2.4 负载特性及其对电动舵机性能的影响
2.4.1 舵面的负载特性
2.4.2 铰链力矩对舵机工作的影响
2.5 舵回路设计
2.6 舵面锁制器设计
2.7 本章小结
第三章 永磁同步电动机的数学模型及矢量控制
3.1 引言
3.2 坐标变换
3.3 永磁同步电动机数学模型
3.3.1 PMSM在定子静止两相坐标系下的磁链方程和电压方程
3.3.2 PMSM在转子两相旋转坐标系下的磁链方程和电压方程
3.3.3 PMSM转矩方程和运动方程
3.3.4 PMSM状态方程
3.4 PMSM的矢量控制
3.4.1 传统矢量控制方式
3.4.2 基于极坐标系的矢量控制方式
3.5 本章小结
第四章 基于SCKF的永磁同步电动机状态观测
4.0 引言
4.1 非线性状态估计理论及新进展
4.2 容积卡尔曼滤波原理
4.3 标准容积卡尔曼滤波算法
4.4 平方根容积卡尔曼估计器设计
4.5 PMSM转子初始位置确定
4.6 本章小结
第五章 电动舵机仿真及研究
5.1 引言
5.2 带转速/位置传感器电动舵机仿真模型的建立与仿真
5.3 带SCKF估计器的电动舵机仿真模型的建立与仿真
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和申请专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cubature卡尔曼滤波与Unscented卡尔曼滤波估计精度比较[J]. 孙枫,唐李军. 控制与决策. 2013(02)
[2]基于三相旋转变换与极坐标变换的电机矢量控制[J]. 苏翀,韩兵. 微型电脑应用. 2012(07)
[3]非线性系统确定采样型滤波算法综述[J]. 王小旭,潘泉,黄鹤,高昂. 控制与决策. 2012(06)
[4]一种典型数字无刷电动舵机的设计[J]. 曾漫,熊小丽,丁文革,范亚龙. 中北大学学报(自然科学版). 2011(06)
[5]平方根容积卡尔曼滤波器[J]. 郝燕玲,杨峻巍,陈亮,郝金会. 弹箭与制导学报. 2012(02)
[6]永磁同步电动机无传感器控制技术综述[J]. 戴永亮,孙力,张晓光,赵克. 伺服控制. 2011(04)
[7]平方根容积卡尔曼滤波算法及其应用[J]. 穆静,蔡远利. 兵工自动化. 2011(06)
[8]PMSM矢量控制系统的精确仿真研究[J]. 杨明,牛里,王宏佳,徐殿国. 电气传动. 2009(10)
[9]一种小型空空导弹舵面锁制器的设计实现[J]. 何卫国,彭科容. 科技资讯. 2009(20)
[10]基于改进型平方根UKF算法的永磁同步电机状态估计[J]. 曲智勇,姚郁,韩俊伟. 电机与控制学报. 2009(03)
博士论文
[1]新型进给系统—永磁直线同步电机的磁极位置及速度估计算法研究[D]. 余佩琼.浙江大学 2008
[2]基于扩展卡尔曼滤波的无位置传感器PMSM系统研究[D]. 李波.哈尔滨工业大学 2007
[3]电动舵机的鲁棒控制研究[D]. 骆光照.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]基于卡尔曼滤波的永磁同步电机驱动技术研究[D]. 潘扬.浙江工业大学 2010
[2]UKF算法及其改进算法的研究[D]. 刘铮.中南大学 2009
[3]无先导卡尔曼滤波算法分析[D]. 樊红娟.西南大学 2007
[4]基于电压空间矢量脉宽调制永磁同步电机直接转矩控制[D]. 高艳平.沈阳工业大学 2007
[5]电动舵机的集成设计与控制[D]. 李跃忠.北京交通大学 2006
[6]采用高频电压信号注入法检测位置的PMSM控制系统研究[D]. 汪双明.武汉理工大学 2006
[7]基于非线性估计理论的永磁同步电机无传感器控制方法的研究[D]. 江俊.江南大学 2006
[8]永磁同步电机调速系统矢量控制的研究[D]. 季画.南京航空航天大学 2004
本文编号：3284297
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3284297.html
