空間站螺釘旋擰工具是空間站建設(shè)、艙內(nèi)維護(hù)以及宇航員出倉(cāng)維修等任務(wù)所需的重要工具之一。人工旋擰螺釘方式在空間站中很難實(shí)現(xiàn),而且螺釘最終的擰緊程度并不能保持一致。傳統(tǒng)的電動(dòng)螺釘旋擰工具使用無(wú)刷直流電機(jī)作為動(dòng)力機(jī)構(gòu),采用電流控制的方法無(wú)法保證旋擰速度的穩(wěn)定性。本文針對(duì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)螺釘旋擰工具開(kāi)發(fā)了一套控制系統(tǒng),提高了螺釘旋擰過(guò)程的平穩(wěn)性,并且對(duì)控制系統(tǒng)中的軟硬件進(jìn)行加固以適應(yīng)空間站中的電磁輻射環(huán)境。首先在分析螺釘旋擰工具結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過(guò)程的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了機(jī)構(gòu)的過(guò)程控制方案,確保螺釘旋擰功能的實(shí)現(xiàn)。并且針對(duì)工具在工作過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象,深入分析在不同工作階段造成振動(dòng)的原因,在旋擰啟動(dòng)階段采用矢量控制和諧波電流抑制相結(jié)合的方法,在矢量控制的基礎(chǔ)上增加諧波電流環(huán)以減小機(jī)構(gòu)動(dòng)力裝置--PMSM的速度波動(dòng);在旋擰密接階段使用基于卡爾曼濾波的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器,完成對(duì)負(fù)載的觀測(cè)及補(bǔ)償來(lái)提高密接階段的平穩(wěn)性。其次分析系統(tǒng)功能需求,以DSP28335為主控芯片,完成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),并且對(duì)控制器硬件加進(jìn)行了加固處理,給出了詳細(xì)的電路原理圖。而后,進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。給出了軟件系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì),明確軟... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)螺釘旋擰工具總體

旋擰完成圖 2. 2 螺釘旋擰工具旋擰流程圖啟動(dòng)階段速度波動(dòng)抑制算法具運(yùn)行的過(guò)程主要分為啟動(dòng)階段以及密接階段。出較小的力矩就可以帶動(dòng)螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)工具主且恒定。在這一階段造成旋擰過(guò)程速度不穩(wěn)的原合面后，此時(shí)進(jìn)入密接階段，真正的擰緊過(guò)程才需的壓緊力，并要克服螺紋牙間的摩擦力及螺栓拖動(dòng)負(fù)載不斷變化的過(guò)程。為了完成空間站中精穩(wěn)定性的，本節(jié)針對(duì)螺釘旋擰過(guò)程中啟動(dòng)階段的控制方案。度波動(dòng)的原因是電機(jī)自身輸出速度不穩(wěn)定，其中MSM 輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的主要原因[59]。造成 PMSM

min否卡滯故障是否力矩>=T1旋擰完成是過(guò)流保護(hù)否圖 2. 2 螺釘旋擰工具旋擰流程圖2.3 螺釘旋擰過(guò)程啟動(dòng)階段速度波動(dòng)抑制算法在擰緊螺釘時(shí)，工具運(yùn)行的過(guò)程主要分為啟動(dòng)階段以及密接階段。在啟動(dòng)階段，尚未產(chǎn)生預(yù)緊力，接插件電機(jī)輸出較小的力矩就可以帶動(dòng)螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)工具主要受摩擦力的作用，可以看作帶動(dòng)的負(fù)載很小且恒定。在這一階段造成旋擰過(guò)程速度不穩(wěn)的原因是電機(jī)本身輸出的速度不穩(wěn)。在螺釘達(dá)到配合面后，此時(shí)進(jìn)入密接階段，真正的擰緊過(guò)程才開(kāi)始。此時(shí)機(jī)構(gòu)輸出的力矩要產(chǎn)生擰緊螺釘所需的壓緊力，并要克服螺紋牙間的摩擦力及螺栓頭與被聯(lián)接件接觸面上的摩擦力，相當(dāng)于機(jī)構(gòu)拖動(dòng)負(fù)載不斷變化的過(guò)程。為了完成空間站中精密儀器的安裝，提高螺釘旋擰工具旋擰過(guò)程的穩(wěn)定性的，本節(jié)針對(duì)螺釘旋擰過(guò)程中啟動(dòng)階段的速度波動(dòng)，給出抑制旋擰啟動(dòng)階段速度波動(dòng)的控制方案。在啟動(dòng)階段旋擰速度波動(dòng)的原因是電機(jī)自身輸出速度不穩(wěn)定，其中諧波電流的存在尤其是5、7 諧波電流是導(dǎo)致 PMSM 輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的主要原因[59]。造成 PMSM 諧波電流存在的因素主要有以下兩點(diǎn)：（1）電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不能達(dá)到理想狀態(tài)，齒槽轉(zhuǎn)矩以及電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的電機(jī)氣隙磁場(chǎng)畸變。（2）逆變器的非線性。對(duì) PMSM 進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，采用 SVPWM 的調(diào)制方式，這時(shí)開(kāi)關(guān)管的死區(qū)時(shí)間以及管壓降導(dǎo)致電機(jī)電流產(chǎn)生畸變。針對(duì)以上原因，為了抑制由諧波電流導(dǎo)致的 PMSM 轉(zhuǎn)速波動(dòng)，本文在建立 PMSM 諧波數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用注入諧波電壓的方法以抵消 PMSM 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流諧波分量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種機(jī)械臂末端旋擰工具的設(shè)計(jì)[J]. 于學(xué)文,侯月陽(yáng),盧山,章曉明,王奉文.  機(jī)電工程. 2017(09)
[2]淺談電力電子器件的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 張嵐,程威.  科技風(fēng). 2017(16)
[3]試論電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 鄭和斌.  數(shù)字通信世界. 2017(07)
[4]對(duì)電力電子學(xué)的再認(rèn)識(shí)——?dú)v史、現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 趙爭(zhēng)鳴,施博辰,朱義誠(chéng).  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(12)
[5]基于電壓前饋解耦的地鐵永磁同步電機(jī)矢量控制研究[J]. 張凱,秦斌,王欣,梁楓,曹成琦.  湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(05)
[6]電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 譚鑫.  電子技術(shù)與軟件工程. 2016(16)
[7]電動(dòng)工具螺釘擰緊力矩控制方法[J]. 郭愛(ài)成.  電動(dòng)工具. 2015(02)
[8]電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 錢照明,張軍明,盛況.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2014(29)
[9]電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 錢照明.  變頻器世界. 2014(06)
[10]基于降階負(fù)載擾動(dòng)觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)控制[J]. 章瑋,王偉穎.  機(jī)電工程. 2012(07)

博士論文
[1]純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究[D]. 周飛鯤.吉林大學(xué) 2013

碩士論文
[1]永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法的研究[D]. 韓東利.揚(yáng)州大學(xué) 2017
[2]基于參數(shù)識(shí)別技術(shù)的永磁同步電機(jī)矢量控制研究[D]. 王曉晨.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2015
[3]永磁同步電機(jī)抗負(fù)載擾動(dòng)控制策略研究[D]. 王偉穎.浙江大學(xué) 2012
[4]力矩?cái)Q緊機(jī)的應(yīng)用及擰緊方式、參數(shù)的選擇[D]. 張雷.吉林大學(xué) 2011
[5]大功率永磁同步電機(jī)運(yùn)行諧波分析與抑制方法研究[D]. 甄帥.重慶大學(xué) 2011
[6]星載計(jì)算機(jī)的硬件容錯(cuò)設(shè)計(jì)與可靠性分析[D]. 付劍.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[7]多傳感器螺栓預(yù)緊檢測(cè)方法研究[D]. 唐曉茜.浙江工業(yè)大學(xué) 2009
[8]基于卡爾曼濾波算法的永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制研究[D]. 劉祖全.山東大學(xué) 2009
[9]永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的研究[D]. 張輝.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007
[10]單粒子效應(yīng)電路模擬方法研究[D]. 劉征.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2934344