电动舵机系统控制律的一种工程设计方法

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1、战术导弹技术TacticalMissileTechnologyNovember，2008，(6)：69-74：：[文章编号]1009·1300(2008)06-0069-06电动舵机系统控制律的一种工程设计方法郝卫生，张新华(北京自动化控制设备研究所，北京100074)[摘要]提出了电动舵机系统的位置、转速和电流三闭环控制结构，建立了电动舵机系统的数学模型，详细阐述了三闭环调节器的工程设计方法．仿真和实验表明，该方法简便易行，能够保证系统具有良好的稳态、动态性能和鲁棒性．[关键词]电动舵机；控制律；三闭环控制；工程设计方法[

2、中图分类号]TJ765．2[文献标识码]AAnEngineeringDesignMethodofControlLawintheElectro-mechanicalActuatorSystemHaoWeisheng，ZhangXinhua(BeijingInstituteofAutomaticControlEquipment，Beijing100074，China)Abstract：Three-closed—loop(position，speedandcurrentloop)controlstrategyoftheelectr

3、o—mechani-calactuator(EMA)systemispresented．ThemathematicalmodeloftheEMAsystemisestablished．Theengineeringdesignmethodofthree·closed—loopcontrollerisdescribed．Itisprovedbysimulationandex—perimentthatthemethodissimpleandapplicable，enablingfinestaticanddynamicperform

4、ancesaswellasgoodrobustness．Keywords：electro—mechanicalactuator；controllaw；three—closed-loopcontrol；engineeringdesignmethod1引言化，属于位置伺服系统．相对于一般的位置随动系统，电动舵机系统是飞行自动控制系统的执行机构，舵机系统在稳定I生、快速性和准确性上具有更高的要相对于液压和气动系统，具有结构简单、可靠性高、成求，一般采用三闭环控制策略，即由位置环、转速环和电流环三个回路组成，结构如图1所示．本低、使

5、用维护简单等优点．近年来，随着稀土永磁材料、电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，获近年来，许多新理论新策略逐步应用于电动舵得了迅速的发展和广泛的应用．舵机系统的基本任务机系统，并获得了良好的效果¨，但其基本的闭环是使舵机轴准确、快速并且稳定地跟踪控制信号的变控制结构、利用调节器对控制对象进行校正以使系统符合要求的方法基本未变．由我国电气传动领域的权威专家陈伯时教授总结提出的调节器的“工程设计【作者简介】郝卫生。工程师[收稿日期】2007417-30方法”，目前在控制系统实际设计中仍然是主流设计·70·战术导弹技术Tact

6、icalMissileTechnologyNovember，2008，(6)图1电动舵机系统控制原理图方法．本文基于“工程设计方法”，采用典型系统、额定励磁下的电枢反电动势和电磁转矩分别为分步设计的基本思路，提出了一种用于电动舵机系e=Cn．(6)统控制律的工程设计方法．=Cid．(7)式中，M∞为功率变换器的理想空载输出电压(V)；i2数学模型的建立为电枢电流(A)；e为电枢反电动势(V)；R为电枢回路总电阻(n)，R=R+R。；为功率变换器内阻2．1功率变换器模型(Q)；R。为电枢电阻(Q)；L为电枢回路总电感功率变换器

7、一般采用双极式可逆脉宽调制(PWM)变换器，当控制电压M改变时，PWM变换器(H)；为电枢电流产生的电磁转矩(N·m)；为理想空载输出电压u由按线性规律变化，但其响应有折算到电机轴上的总负载转矩(N·m)；J为折算到延迟，最大延迟是一个开关周期因此，功率变换电机轴上的总转动惯量(kg·m／s)；rt为电机转速(r／min)；C为电机在额定励磁下的反电动势系数器可近似为一个滞后环节，传递函数可写成(V·mitt／r)；Ca为电机在额定励磁下的转矩系数)==s)．(1)(N·m／A)，C=30C／叮T．式中，K和分别为PWM功率

8、变换器的放大系数和定义下面两个时间常数：延迟时间，≤当方波开关频率较高，并且系统为电枢回路电磁时间常数(s)；为电机拖动的截止频率满足下式时：系统机电时间常数(s)．≤1／(3)．(2)一一一R’一30CC‘式(1)可简化成为代入式(4)和(5)，并考虑式(6)和(7)，整理后得，==．㈩