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)的電動螺釘旋擰工具使用無刷直流電機(jī)作為動力機(jī)構(gòu),采用電流控制的方法無法保證旋擰速度的穩(wěn)定性。本文針對永磁同步電機(jī)驅(qū)動的電動螺釘旋擰工具開發(fā)了一套控制系統(tǒng),提高了螺釘旋擰過程的平穩(wěn)性,并且對控制系統(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)及運行過程的基礎(chǔ)上,設(shè)計了機(jī)構(gòu)的過程控制方案,確保螺釘旋擰功能的實現(xiàn)。并且針對工具在工作過程中出現(xiàn)的振動現(xiàn)象,深入分析在不同工作階段造成振動的原因,在旋擰啟動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)動力裝置--PMSM的速度波動;在旋擰密接階段使用基于卡爾曼濾波的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器,完成對負(fù)載的觀測及補償來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,并且對控制器硬件加進(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。給出了軟件系統(tǒng)的總體方案設(shè)計,明確軟... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：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階段速度波動抑制算法具運行的過程主要分為啟動階段以及密接階段。出較小的力矩就可以帶動螺釘轉(zhuǎn)動。此時工具主且恒定。在這一階段造成旋擰過程速度不穩(wěn)的原合面后，此時進(jìn)入密接階段，真正的擰緊過程才需的壓緊力，并要克服螺紋牙間的摩擦力及螺栓拖動負(fù)載不斷變化的過程。為了完成空間站中精穩(wěn)定性的，本節(jié)針對螺釘旋擰過程中啟動階段的控制方案。度波動的原因是電機(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 螺釘旋擰過程啟動階段速度波動抑制算法在擰緊螺釘時，工具運行的過程主要分為啟動階段以及密接階段。在啟動階段，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螺釘轉(zhuǎn)動。此時工具主要受摩擦力的作用，可以看作帶動的負(fù)載很小且恒定。在這一階段造成旋擰過程速度不穩(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，此時進(jìn)入密接階段，真正的擰緊過程才開始。此時機(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)拖動負(fù)載不斷變化的過程。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程的穩(wěn)定性的，本節(jié)針對螺釘旋擰過程中啟動階段的速度波動，給出抑制旋擰啟動階段速度波動的控制方案。在啟動階段旋擰速度波動的原因是電機(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：（1）電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計并不能達(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)氣隙磁場畸變。（2）逆變器的非線性。對 PMSM 進(jìn)行閉環(huán)控制時，采用 SVPWM 的調(diào)制方式，這時開關(guān)管的死區(qū)時間以及管壓降導(dǎo)致電機(jī)電流產(chǎn)生畸變。針對以上原因，為了抑制由諧波電流導(dǎo)致的 PMSM 轉(zhuǎn)速波動，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)運行時的電流諧波分量。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2934344