全閉環(huán)電動(dòng)舵機(jī)及其特性的研究.pdf

1、當(dāng)今時(shí)代，隨著制導(dǎo)武器向著小型化、高精度、高響應(yīng)的方向迅猛發(fā)展，電動(dòng)舵機(jī)作為指導(dǎo)武器關(guān)鍵執(zhí)行部件，它的性能優(yōu)劣將直接影響著飛航導(dǎo)彈整體的性能，決定著飛航導(dǎo)彈的命中率。本文借助實(shí)驗(yàn)室與航天院所的合作項(xiàng)目，開展對(duì)全閉環(huán)電動(dòng)舵機(jī)的研究，針對(duì)國內(nèi)普遍采用低性能直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)舵機(jī)，研制一套采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型、高效、高響應(yīng)的全閉環(huán)電動(dòng)導(dǎo)彈舵機(jī)交流伺服控制系統(tǒng)。交流永磁同步電機(jī)不論是體積、重量上還是效率、功率密度上都要優(yōu)于直流電機(jī)，因此，

2、采用交流永磁同步電機(jī)作為電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)力源是未來高效能、全電動(dòng)舵機(jī)的重要發(fā)展趨勢(shì)。
　　根據(jù)電動(dòng)舵機(jī)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，確定出舵機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)總體方案對(duì)電動(dòng)舵機(jī)各組成環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。舵機(jī)動(dòng)力源采用表貼式永磁同步電機(jī)，利用電磁仿真軟件JMAG-Designer多次計(jì)算優(yōu)化確定出表貼式永磁同步電機(jī)的各尺寸參數(shù)，如槽極數(shù)、氣隙、定子內(nèi)外徑等。由于舵機(jī)最終輸出的力矩較大，不能設(shè)計(jì)成直驅(qū)式，故還要設(shè)計(jì)出小體積、高效率的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

3、，利用此減速機(jī)構(gòu)配合永磁同步電機(jī)輸出舵機(jī)要求的力矩與轉(zhuǎn)速。為滿足舵機(jī)控制需要，還需設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和舵面位置檢測(cè)用磁電編碼器，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和舵面位置檢測(cè)的準(zhǔn)確程度直接影響著整個(gè)全閉環(huán)電動(dòng)舵機(jī)的控制精度。
　　電動(dòng)舵機(jī)作為一個(gè)位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)其高精度控制，還需對(duì)舵機(jī)制器進(jìn)行詳細(xì)研制，包括控制器硬件設(shè)計(jì)和軟件算法編制。對(duì)于舵機(jī)控制器硬件方面，要合理利用彈上電源設(shè)計(jì)出控制器供電電路；為實(shí)現(xiàn)表貼式永磁同步電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，需設(shè)計(jì)電機(jī)

4、三相電流反饋檢測(cè)電路、磁電編碼器通訊電路以及控制PWM信號(hào)的功率放大電路；為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)舵機(jī)與彈上上位機(jī)的時(shí)時(shí)可靠通訊，還需設(shè)計(jì)高效的通訊電路。
　　舵機(jī)控制策略選用成熟可靠的位置-速度-電流三閉環(huán)PID控制算法。為避免設(shè)計(jì)中隱藏的疏漏，通過建立全閉環(huán)電動(dòng)舵機(jī)的整體數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件中的Simulink模塊對(duì)其進(jìn)行指令跟蹤響應(yīng)仿真分析。此外，本文還搭建了全電動(dòng)舵機(jī)等效半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過仿真和等效實(shí)驗(yàn)，對(duì)全電動(dòng)舵系統(tǒng)進(jìn)行相