本文關(guān)鍵詞：高控制精度的掃描系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著對航天遙感探測需求的提升,載荷的性能指標向高分辨率、寬視場發(fā)展。目前使用電掃描結(jié)合機械掃描是常用的遙感探測手段,越來越高的空間分辨率要求對掃描控制指標要求也越來越高,特別是對掃描鏡指向運動控制精度的需求已經(jīng)到角秒級別。如何實現(xiàn)高控制精度的掃描系統(tǒng),其方案的研究和設(shè)計是目前的難點。高控制精度的掃描系統(tǒng)一般有位置穩(wěn)定度和速度穩(wěn)定度的要求。本課題位置穩(wěn)定度要求掃描鏡指向時位置量波動不能超過?1?rad(1?)。速度穩(wěn)定度要求掃描鏡5/s勻速運動時速度的波動幅值在1%以下。為了實現(xiàn)上述高控制精度的指標要求,本課題采用電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)伺服控制方案,選擇永磁同步電機作為驅(qū)動電機,為了減小轉(zhuǎn)矩波動使用SVPWM和0di?矢量控制方式作為驅(qū)動控制方案。使用MATLAB和Simulink建立三環(huán)伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)數(shù)學模型進行仿真驗證,通過掃描和指向控制仿真驗證能夠從理論上實現(xiàn)高控制精度目標。根據(jù)指標要求和理論分析,要實現(xiàn)高精度的指向控制,反饋精度是關(guān)鍵的影響因素。本課題對比多種方案選取小電阻采樣作為電流傳感器,高精度的720極感應(yīng)同步器作為軸角傳感器和速度傳感器。為了實現(xiàn)絕對式測角,首次采用編碼器與感應(yīng)同步器作為粗精通道,數(shù)據(jù)融合得到高精度絕對式軸角位置信息。為了抗干擾,位置環(huán)控制器算法采用基于模型參考的自適應(yīng)控制方法,與PID控制算法相比能顯著減小控制偏差。針對實際系統(tǒng)中速度的波動,利用電機端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩恒等于負載端消耗轉(zhuǎn)矩,得到系統(tǒng)的細化運動方程,同時使用系統(tǒng)辨識的方法得到摩擦力矩的模型。建立了帶有摩擦干擾,轉(zhuǎn)矩波動的伺服控制系統(tǒng)細化數(shù)學模型。針對速度環(huán)中周期性速度波動,經(jīng)過模型仿真與實際對比判定是由齒槽轉(zhuǎn)矩造成,分析齒槽轉(zhuǎn)矩的數(shù)學模型,提出電流指令注入補償?shù)姆椒?仿真和實際控制效果表明該方法能顯著降低了齒槽轉(zhuǎn)矩對系統(tǒng)的影響。由于系統(tǒng)實際的需求,利用HiGale半實物仿真平臺實現(xiàn)了對掃描系統(tǒng)的半實物驗證。最終系統(tǒng)指向控制精度達到0.27?rad(1?)。
【關(guān)鍵詞】：高控制精度 PMSM控制系統(tǒng) 感應(yīng)同步器 轉(zhuǎn)矩波動 半實物仿真
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V443.5
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢11-13
• 1.3 研究意義13-14
• 1.4 課題研究內(nèi)容與章節(jié)安排14-19
• 1.4.1 研究內(nèi)容14-15
• 1.4.2 指標說明15-17
• 1.4.3 章節(jié)安排17-19
• 2 控制方案設(shè)計分析19-37
• 2.1 控制方案簡介19-21
• 2.2 PMSM模型21-27
• 2.2.1 坐標轉(zhuǎn)換23-24
• 2.2.2 電壓方程24-25
• 2.2.3 磁鏈方程25-26
• 2.2.4 轉(zhuǎn)矩方程26
• 2.2.5 運動方程26-27
• 2.3 SVPWM驅(qū)動控制27-30
• 2.4 i_d=0矢量控制方式30-31
• 2.5 數(shù)學模型仿真與分析31-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 3 軸角傳感器與控制器算法設(shè)計37-55
• 3.1 軸角傳感器37-45
• 3.1.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與原理39-43
• 3.1.2 數(shù)據(jù)融合43-45
• 3.1.3 實驗對比45
• 3.2 控制器算法設(shè)計45-53
• 3.2.1 控制方案綜述46-49
• 3.2.2 模型參考自適應(yīng)控制49-53
• 3.3 本章小結(jié)53-55
• 4 轉(zhuǎn)矩波動分析與摩擦力矩辨識55-65
• 4.1 轉(zhuǎn)矩綜述55-56
• 4.2 電機端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩56-60
• 4.2.1 電磁轉(zhuǎn)矩56-57
• 4.2.2 齒槽轉(zhuǎn)矩波動與補償57-60
• 4.2.3 粘性阻尼轉(zhuǎn)矩60
• 4.3 負載端消耗的轉(zhuǎn)矩60-62
• 4.3.1 負載轉(zhuǎn)矩60
• 4.3.2 摩擦力矩60-62
• 4.4 摩擦力矩系統(tǒng)辨識62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-65
• 5 實驗平臺搭建與仿真驗證65-73
• 5.1 半實物仿真平臺65-67
• 5.2 實驗平臺搭建67-68
• 5.3 實驗結(jié)果與分析68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 6 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻75-79
• 附錄A79-80
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果80

【參考文獻】

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本文編號：802569