本文關(guān)鍵詞：空間小型高精度交流伺服轉(zhuǎn)臺的研制

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【摘要】：隨著各國航天技術(shù)的發(fā)展,利用和控制空間成為各軍事強國努力搶占的戰(zhàn)略制高點。伺服轉(zhuǎn)臺作為空間飛行器探測和跟蹤目標的重要載體,其正發(fā)揮著越來越重要的作用。目前,空間用電動伺服轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動元件和測角元件一般采用無刷直流電機和旋轉(zhuǎn)變壓器,但由于兩者存在的缺點,伺服轉(zhuǎn)臺的各方面性能還存在諸多問題。本文主要針對以上問題,研制一款基于交流永磁同步電機和磁電編碼器的交流伺服轉(zhuǎn)臺,以使其更好的適應(yīng)空間要求。首先,本文針對空間伺服轉(zhuǎn)臺小型化和高精度的要求,對轉(zhuǎn)臺的總體機械結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。根據(jù)轉(zhuǎn)臺的載荷和尺寸要求,合理選擇了其結(jié)構(gòu)形式,并合理設(shè)計了雙電機齒輪傳動的間接驅(qū)動方案,解決了齒輪傳動過程中存在的嚙合間隙問題,提高了轉(zhuǎn)臺傳動的平穩(wěn)性;此外,針對轉(zhuǎn)臺較高測角精度的要求,設(shè)計了三圈磁鋼組合式的磁電編碼器結(jié)構(gòu),并借助JAMG-Designer電磁仿真分析軟件驗證了磁鋼設(shè)計的可行性。其次,本文對轉(zhuǎn)臺用交流永磁同步電機展開了詳細的設(shè)計和仿真分析。其中電機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計從轉(zhuǎn)子形式的選擇、槽極配合方案的確定、繞組匝數(shù)和線徑的設(shè)計以及各部分材料的選擇等幾方面展開,設(shè)計出了符合轉(zhuǎn)臺技術(shù)要求的小型化電機;然后利用JAMG軟件對所設(shè)計的電機進行了電磁仿真分析,從反電動勢波形、力矩波動特性、磁密特性和鐵耗分析等幾方面論證了電機設(shè)計的合理性。之后,本文進行了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)伺服控制器的硬件設(shè)計。針對所設(shè)計轉(zhuǎn)臺的雙電機傳動鏈結(jié)構(gòu),確定了雙電機控制的主控板設(shè)計方案,并從主從CPU電路、驅(qū)動逆變電路、反饋電路和電源電路等幾方面詳細說明了主控板原理圖的設(shè)計;針對所設(shè)計編碼器的三圈磁鋼組合式信號發(fā)生機構(gòu),合理設(shè)計了其單對極霍爾板和多對極霍爾板。最后,本文對轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的軟件程序進行了開發(fā),并展開了相關(guān)驗證實驗。一方面,完善了組合式磁電編碼器的標定和工作程序,并通過替代實驗初步驗證了標定后的組合式磁電編碼器的精度可達到轉(zhuǎn)臺所要求的測角精度;另一方面,針對轉(zhuǎn)臺雙電機傳動鏈和電機雙控板的結(jié)構(gòu),設(shè)計了雙電機傳動鏈控制策略,并開發(fā)了雙電機伺服控制程序,在調(diào)試好電機的電流環(huán)和速度環(huán)的基礎(chǔ)上,實驗驗證了雙電機控制策略的可行性。
【關(guān)鍵詞】：空間 伺服轉(zhuǎn)臺 小型化 雙電機傳動鏈
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V441
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景、目的及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 轉(zhuǎn)臺的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 伺服電機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況12-13
• 1.2.3 編碼器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 轉(zhuǎn)臺技術(shù)指標及結(jié)構(gòu)形式的選擇16-18
• 2.3 轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式和傳動方案的設(shè)計18-20
• 2.3.1 驅(qū)動方式的選擇18
• 2.3.2 傳動方案的設(shè)計18-20
• 2.4 回轉(zhuǎn)軸組合式磁電編碼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計20-26
• 2.4.1 組合式磁電編碼器原理簡述21-23
• 2.4.2 編碼器信號發(fā)生結(jié)構(gòu)的設(shè)計23-26
• 2.5 轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)的確立26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 轉(zhuǎn)臺用交流永磁同步電機的設(shè)計與分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 電機技術(shù)指標的計算分析29-30
• 3.3 交流永磁同步電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計30-34
• 3.3.1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的選擇30-31
• 3.3.2 槽極配合方案的制定31-32
• 3.3.3 繞組匝數(shù)和線徑的確立32-33
• 3.3.4 電機各部分材料的選擇及結(jié)構(gòu)的確立33-34
• 3.4 電機的電磁仿真分析34-40
• 3.4.1 反電動勢分析35-37
• 3.4.2 力矩波動分析37-39
• 3.4.3 電機磁密分析39
• 3.4.4 電機鐵耗分析39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)伺服控制器硬件設(shè)計42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 電機主控板硬件電路設(shè)計42-51
• 4.2.1 主從CPU電路設(shè)計42-44
• 4.2.2 驅(qū)動及逆變電路設(shè)計44-46
• 4.2.3 反饋電路設(shè)計46-49
• 4.2.4 電源電路設(shè)計49-50
• 4.2.5 其他輔助電路設(shè)計50-51
• 4.3 回轉(zhuǎn)軸編碼器板硬件設(shè)計51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的軟件開發(fā)與實驗54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 組合式磁電編碼器的標定及實驗分析54-57
• 5.2.1 編碼器的標定及工作程序54-55
• 5.2.2 編碼器標定的實驗分析55-57
• 5.3 轉(zhuǎn)臺雙電機傳動鏈系統(tǒng)軟件開發(fā)57-61
• 5.3.1 雙電機傳動鏈控制策略的設(shè)計57-59
• 5.3.2 雙電機控制程序的開發(fā)59-61
• 5.4 轉(zhuǎn)臺雙電機傳動鏈系統(tǒng)基礎(chǔ)實驗61-65
• 5.4.1 電機電流環(huán)和速度環(huán)調(diào)試實驗61-63
• 5.4.2 雙電機傳動鏈系統(tǒng)驗證實驗63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻67-72
• 致謝72

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本文編號：681962