超声波电机舵机控制技术研究

发布时间：2022-12-18 21:52

　　舵机是制导武器导航控制执行机构,其性能的优劣会影响武器制导精度。在飞行控制过程中,舵机控制频率快,位置响应需要满足响应快、超调量小、精度高的需要。这要求舵机伺服电机具有实时调速功能,能进行频繁的启动、制动。电动舵机普遍采用电磁式伺服电机,因为工作原理制约,这类电机无法克服其固缺陷:启动慢、制动更慢;高频控制内部电流波动大;需通过减速器匹配转速。对比之下,超声波电机很好的克服了以上问题,电机定子通过逆压电效应将电能转化机械能,使具有启动响应快、断电自锁、低速力矩大等优点,适合作为电动舵机伺服电机。超声波电机的运行机理复杂,使电机动态特性表现出高非线性和时变性,所以对该电机的驱动及控制技术的研究一直是这一领域的热点。本文从实现舵机位置精确控制角度出发,研究行波超声波电机舵机系统控制技术。根据薄板振动理论分析电机定子行波产生条件,通过简化定、转子接触面条件,建立用于仿真分析的电机简化接触模型,进行模型计算机仿真,分析了电机对电压幅值、驱动频率的响应特性。通过SIMULIK电学工具箱搭建H桥驱动电路,由等效电路代替电机模型,分析驱动电路响应特性,将其简化为一阶时滞惯性系统,用于舵机控制系统仿真... 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 超声波电机工作机理和分类
    1.3 超声波电机舵机系统的发展
        1.3.1 超声波电机国内外研究现状
        1.3.2 超声波电机驱动控制技术研究现状
        1.3.3 超声波电机舵机系统及研究现状
    1.4 本文研究主要内容
2 行波超声波电机运作机理分析
    2.1 行波型超声波电机结构组成
    2.2 行波型超声波电机运作机理
        2.2.1 定子上行波产生的条件
        2.2.2 定子表面质点椭圆运动轨迹分析
    2.3 超声波电机压电体的机电耦合模型
        2.3.1 压电陶瓷极化配置
        2.3.2 压电方程
    2.4 行波超声波电机定子的机电耦合模型
        2.4.1 应变与位移关系
        2.4.2 超声波电机定子驱动器方程
        2.4.3 界面接触模态力
    2.5 本章小结
3 超声波电机接触模型及仿真分析
    3.1 定、转子接触假设
    3.2 行波超声波电机转子刚体运动模型
        3.2.1 转子的垂直运动方程
        3.2.2 转子的旋转运动方程
    3.3 简化接触数学模型
    3.4 行波超声波电机系统仿真模型建立
        3.4.1 电机输出转矩模块
        3.4.2 质点无变形位置建模
        3.4.3 定、转子接触位置建模
        3.4.4 定子系统振动模型
    3.5 仿真结果及分析
        3.5.1 行波超声波电机转速响应特性仿真
        3.5.2 行波超声波电机振幅特性仿真
    3.6 本章小结
4 超声波电机舵机驱动控制技术研究
    4.1 行波超声波电机转速控制方法
        4.1.1 调压转速控制
        4.1.2 调频转速控制
        4.1.3 调相转速控制
        4.1.4 正反转脉宽调幅控制
    4.2 行波超声波电机驱动电路
        4.2.1 行波超声波电机驱动电路特点
        4.2.2 几种主要的超声波电机驱动电路
        4.2.3 全桥与推挽式电路对比
    4.3 超声波电机等效电路模型和电学匹配
        4.3.1 行波超声波电机等效电路模型
        4.3.2 超声波电机串联电感匹配
    4.4 超声波电机驱动电路仿真与分析
    4.5 本章小结
5 超声波电机舵机神经网络控制策略研究
    5.1 神经网络控制基本理论
        5.1.1 神经网络的定义
        5.1.2 神经网络控制的基本思想
        5.1.3 神经网络特点
    5.2 动态递归神经网络系统建模
        5.2.1 动态递归神经网络特点与结构
        5.2.2 动态递归神经网络建模原理
        5.2.3 用于系统辨识的伪随机数列
    5.3 超声波电机舵机转速控制策略
        5.3.1 自适应DRNN控制器系统结构与原理
        5.3.2 DRNN控制器数学模型
    5.4 差分进化算法优化神经网络
    5.5 电机电压—转速神经网络辨识建模与优化
        5.5.1 训练样本与测试样本集
        5.5.2 动态递归神经网络辨识模型及其优化
    5.6 超声波电机舵机控制系统仿真
        5.6.1 DRNN速度控制器与辨识器参数设置
        5.6.2 控制系统动态参数k的设置
        5.6.3 超声波电机舵机系统转速控制仿真
        5.6.4 超声波电机舵机位置控制仿真
    5.7 本章小结
6 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波电机定、转子在高过载冲击环境下的强度计算[J]. 徐雪荣,吴国东,田秀,付红伟,任武.  航天制造技术. 2017(05)
[2]超声波电机非线性正割迭代学习位置控制[J]. 史敬灼,尹振东.  微电机. 2017(07)
[3]超声波电机双层最优迭代学习位置控制[J]. 尹振东,史敬灼.  微电机. 2017(05)
[4]中空环形行波超声波电机定子振动解析模型[J]. 蒋春容,陆旦宏,金龙.  电工技术学报. 2015(07)
[5]基于多变量变速积分的超声波电机超低转速控制策略[J]. 潘鹏,徐志科,王倩倩,黄祖荣,王瑞霞.  电工技术学报. 2015(02)
[6]基于双闭环控制的超声波电动舵机设计[J]. 朱萌,文建刚,张娟娟,张志伟,雷勇.  弹箭与制导学报. 2013(03)
[7]超声波电动机非线性全系数自适应转速控制[J]. 尤冬梅,史敬灼.  微特电机. 2013(02)
[8]行波超声波电机Lyapunov模型参考自适应转速控制[J]. 史敬灼,张慧敏.  电工技术学报. 2011(04)
[9]旋转型行波超声电机的等效电路模型[J]. 颜佳佳,阮新波.  中国电机工程学报. 2009(15)
[10]驱动超声波电机的推挽式变换器工作过程分析[J]. 史敬灼,王海彦.  电机与控制应用. 2009(01)

博士论文
[1]行波型超声波电机驱动和精密伺服特性的研究[D]. 潘鹏.东南大学 2017

硕士论文
[1]环形行波型超声波电机驱动技术研究[D]. 吴倩.苏州大学 2016
[2]超声波电机转速专家PID与迭代学习控制研究[D]. 刘玉.河南科技大学 2014
[3]弹道修正弹电动舵机的设计与控制[D]. 孟兵.南京理工大学 2014
[4]高速飞行器电动舵机伺服系统动力学仿真[D]. 王乐.哈尔滨工业大学 2013
[5]制导飞行器舵机控制系统软件设计[D]. 李聚峰.西安工业大学 2013
[6]基于电动舵机的姿态测量控制技术研究[D]. 解宁波.中北大学 2013
[7]超声波电机建模和驱动控制研究[D]. 刘强.武汉理工大学 2013
[8]超声波电动机驱动技术研究[D]. 袁博楠.哈尔滨工业大学 2012
[9]基于无位置传感器无刷直流电机的舵机伺服系统的研究[D]. 陈长春.南京航空航天大学 2012
[10]高速无人机电动舵机控制器的设计与实现[D]. 周小庆.浙江大学 2010



本文编号：3722831