為了順應當下全電力驅動船舶的發(fā)展趨勢,針對目前船舶舵機伺服系統(tǒng)使用液壓驅動方式存在的問題,利用控制操作簡單方便、運行過程穩(wěn)定可靠、性價比相對較高的步進電機,設計一種船舶電動舵機伺服驅動控制系統(tǒng),對船舶舵機實現(xiàn)準確的位置控制,通過對控制算法進行改進,使控制系統(tǒng)具有較強的魯棒性。工業(yè)上對步進電機的控制一般為傳統(tǒng)的開環(huán)控制方式,存在負載突變時容易失步、適應負載的能力差、運行速度受限等缺點。隨著計算機技術以及微處理器技術的發(fā)展,使得各種高性能控制算法在步進電機位置控制中得到了更好的應用,進一步擴大了步進電機在實際工程中的應用范圍。首先,對兩相混合式步進電機的結構以及基本工作原理進行介紹,使用簡化的磁網(wǎng)絡模型詳細推導步進電機兩個常用坐標系下的數(shù)學模型,進一步得到雙H橋拓撲結構下的空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法,分析并設計了兩相混合式步進電機的矢量控制方案。其次,為了改善傳統(tǒng)矢量控制方式中存在的位置響應時間較長,穩(wěn)態(tài)誤差較大等問題,將二階超螺旋滑�？刂撇呗詰糜陔姍C位置控制中,設計相應的二階滑模位置控制器,通過仿真分析,說明該二階滑�？刂品绞侥軌蚝芎玫奶岣呦到y(tǒng)響應速度、消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。再次,針對實際系... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１船舶舵機示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｓｔｅｅｒｉｎｇ?ｇｅａｒ??

電機汲取了另外??兩種步進電機的優(yōu)勢，電機固有步距角較小并且控制過程需要的功率較低，在實際工作??過程中可以接收較高頻率的脈沖，因此其轉速范圍廣，已成為三類步進電機中使用最廣??泛的電機，而兩相混合式步進電機因其制作成本較低、定轉子結構相對簡單、在低速運??行時的運動特性較好、電機運行時輸出的轉矩較大等優(yōu)點，成為目前國內(nèi)外工業(yè)中使用??最多的一種步進電機［５５１。??２．１兩相混合式步進電機的結構??兩相混合式步進電機與永磁同步電機以及其他交流電機相比，定轉子結構稍有不??同，如圖２．１（ａ）為兩相混合式步進電機三維結構圖，圖２．１（ｂ）為兩相混合式步進電機剖面??圖，從圖中可以看出，該步進電機為雙凸極結構，在轉子周圍分布著８個定子繞組，每??個定子繞組的極靴被均勻分成６個小齒。轉子的外環(huán)磁鋼是使用硅鋼片疊壓制作完成的，??并且被設計為完全對稱的上下段，分別套在永磁體的兩端，上、下兩段轉子在轉子外圈??上分布著５０個齒距、大小完全相同的小齒，且在安裝時將兩段轉子錯開半個齒距進行??安裝，兩相混合式步進電機轉子結構圖如圖２．１（ｃ）所示。＇??腳箱??（ａ）兩相混合式步進電機三維結構圖?（ｂ）兩相混合式步進電機剖面圖??＼?：：??（Ｃ）兩相混合式步進電機轉子結構圖??圖２．１兩相混合式步進電機結構圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｔｅｐｐｉｎｇ?ｍｏｔｏｒ??－９－??

機的運動控制起到指導性的意義［５６］。由上文可得，混合式??步進電機的定轉子上都有小齒，電機為雙凸極結構，這種結構使得步進電機具有軸向磁??系統(tǒng)以及徑向磁系統(tǒng)［５７］。為使分析更加方便，使用經(jīng)過簡化的磁網(wǎng)絡模型。模型中忽略??了定子極間的漏磁、永磁體的漏磁回路、軸向和徑向的磁阻。這類簡化不會對定性分析??的結論有原則性的影響［５８］。由于兩相混合式步進電機的八個定子繞組在直徑上是兩兩相??同的，因此會具有完全相同的電磁狀態(tài)，將對應的定子繞組合并簡化為一條支路，得到??簡化的磁路模型如圖２．２所示。??Ａ?〇，，丨?ｉＬ?Ｏｂｌ?；?ｉｋ?Ｏ丨丨?ｌｉ?〇?Ａ??Ｆａｌ?Ｆｈ，?Ｆ，ｔ?■＝�。�？?Ｆ．ａ１?－＝｜＝ｒ?Ｆｈｌ?Ｆｔ；?￣ｄ＝－?Ｆｄ：??Ｊ?Ａａｌ?Ｍ?Ａｈｉ?Ｍ?ＡＣ｜?｜ｊｊ?Ａｄｉ?八３２?八ｂ２?Ｍ?Ｑ?Ａｄ２??Ｆｍ?Ａ??Ｉ?■?Ａｍ??????????圖２．２兩相混合式步進電機的簡化磁網(wǎng)絡模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｎｅｔｗｏｒｋ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｐｈａｓｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｔｅｐｐｉｎｇ?ｍｏｔｏｒ??圖２．２中，八ａｌ、八ｂｌ、八ｔｌ、八ｄｌ為轉卞鐵七、Ｎ段相應極的齒層磁導；八ａ２、八ｂ２、八八ｄ２??為轉子鐵心Ｓ段相應極的齒層磁導；Ａ？，為永磁體磁導；，，？為環(huán)形磁鋼的磁勢；Ｋ、凡、??Ｒ、凡為各定子繞組所建立的勵磁磁勢，其大小由繞組電流大孝繞組線圈匝數(shù)決定，??方向由繞組線圈中的電流方向決定。??２．２．２自然坐標系下數(shù)學模型??在對兩相混合式步進電機進行磁網(wǎng)絡模型的假設后，得到各相定子繞組的自感與互??

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本文編號：3589613