基于永磁同步电机电动加载系统研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第155期)机械工程与自动化NO．42009年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMAT10NAug．文章编号：1672—6413(2009)04—0055—03基于永磁同步电机电动加载系统的研究兰建功，杨国龙。，郑宾(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．中国人民解放军驻061基地军事代表室，贵州贵阳550009)摘要：介绍了永磁同步电机电动加载控制系统，论述了该系统的基本组成、工作原理，详细分析了加载系统建模与建模中抑制多余力的方法。仿真结果证明了该方法的可行性、有

2、效性，对电动加载台的设计和实现有重要意义。关键词：电动加载；多余力矩；负载模拟器中图分类号：TP273：TM341文献标识码：A0引言矩，将力矩信号反馈给控制器，形成闭环控制系统。负载模拟器是用于仿真飞行器在飞行过程中其舵机所受空气动力力矩载荷谱的地面半实验设备，是武器系统地面仿真设备之一，是典型的被动式力矩伺服系统。随着国防和军事工业对飞行器控制精度和机动性能的要求越来越高，对负载模拟器加载力矩的动态性能提出了更高的要求。但在动态加载过程中，由舵机运动引起的多余力矩会严重影响系统的加载精度，图1电动加载系统结构框图也会使系统的稳定性变坏、频宽变窄、加载灵敏度降整个系统

3、的控制流程如下：上位机发出控制指令低。因此，如何克服多余力矩是设计负载模拟器、改给控制器，控制器接收上位机下载的加载力矩数据，使善系统控制性能的关键。目前，国内对伺~ff．JJIJ载系统DAC输出转矩控制信号给电机驱动器，由驱动器根据的研究还主要集中于电液伺服加载系统。现有资料表DAC输出的模拟电压信号控制电机输出力矩，同时驱明，负载较大的加载系统通常采用液压加载的方式，而动器将电机的角度信号反馈给控制器，转矩传感器对于负载较小的加载系统可以考虑采用电动加载的方输出力矩信号丁传输至控制器，由控制器采集计算，式。鉴于工程应用需求的发展趋势和电机控制技术的实现数据处理及控制

4、功能。提高，积极开展飞行器舵机电动伺服加载系统的研究2负载模拟器模型具有重要的意义。电动负载模拟器的驱动元件为永磁同步电动机，1电动加载系统构成它采用电流反馈型脉宽调制逆变驱动，由永磁同步电电动加载系统构成如图1所示。整个加载系统由动机本体、矢量控制逆变驱动器和转子位置检测及处4部分组成：①上位机：由工控机构成．提供人机界面，理电路3大部分组成。在磁路不饱和、定子三相电流直观的图形界面便于人员操作、控制和观测；②控制产生的空间磁势及永磁转子磁通分布呈正弦波形状的器：由以DSP2812微处理器为控制核心的信号处理板理想情况下，不考虑转子磁场的凸极效应，普通永磁构成，下载数

5、据执行上位机控制命令并上传试验数据同步电机在—q坐标系上的微分方程描述为：到上位机，同时负责采集各反馈信号以判断系统相关dr+KKK，．，．K、1装置状态，并计笋输出信号，控制DAC产生相应的转一一——]__一q—told十十矩信号；⑧电机驱动器和永磁电机：根据接收的模拟KpK~Kv⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)⋯转矩信号驱动加载电机输出力矩．并将实时数据反馈。给控制器；④转矩传感器：实时测量给舵机加载的力收稿E1期：2008一l2—19；修回日期：2009—02—20作者简介：兰建功(1982一)，男，山西tfi"kr’I冬·在读硕士研究生。学兔兔www.xue

6、tutu.com·56·机械工程与自动化2009年第4期didr+K而只分析i回路。再考虑到电机的摩擦力矩Dw，和舵—一一_~K,KTi+P⋯⋯⋯⋯—一十zqo。⋯⋯⋯⋯(2)L么，机的反作用力矩71，，式(1)、式(3)应为：diq一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯—一—t一了q。d⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯L(3)d￡r+％K,Ksiq_争。。⋯一其中：ii分别为d轴、q轴电流；r为定子相电阻；⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)P为电机极对数；K为电流控制增益；K，为电流反Kmi===t，doJr+D，+71，。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)馈系数；K为逆变驱动电路等效增益；L为

7、d轴、q轴电感(对于表面磁钢永磁同步电动机，通常认为不存在对式(4)、式(5)进行拉普拉斯变换可得：凸极效应，有L一L。一)；K为反电势系数；K为力~iq--L+r(KKK，iq--Kr+KKKVKm)。⋯s矩系数；K为从给定输入到i。之间的比例系数；J为折算到电机轴的负载转动惯量；V为给定信号；为⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)转子角速度。一了南(miq--T，)。⋯⋯⋯⋯⋯·(7)具有与永磁同步电动机相同极对数的旋转变压器加载系统中机械连接环节和轴系的连接刚度和永磁电机同轴联接，转子位置检测及处理电路对旋变的输出信号进行处