探析双余度电动舵机系统的研究与设计

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1、中图分类号：学科分类号：双余度电动舵机系统的研究与设计研究生姓名学科、专业研究方向指导教师南京航空航天大学研究生院自动化学院二0—0年一月g¨叫堤呈，户程岛工哥带控员与制究论控研勇理机柱制算欣李控计陈广≮崦NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringAStudyandDesignofDual--RedundantElectro--MechanicalActuatorSystemAThesisinControlScienceandEngineeringby

2、LiZhuyongdavisedbyChenXinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2010＼愀㈣1承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内

3、容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：重拉重Et期：必[尘：亟。f芝．-o●●南京航空航大人。学硕十学位论文摘要本文针对国内外余度舵机系统研究现状，进行了舣余度电动舵机系统整体方案的研究与殴计，包括电气舣余度方案与机械舣余度方案设计。对包括电机本体舣余度、控制驱动舣余度等在内的电气余度舵机方案的特点进行了分析：对包括齿轮直接啮合余度方式与著动行星周转轮系住内的机械力综合余度方式进行了对比研究与特点分析，在此基础上提出了一种基丁．滚珠丝杆传动的机械柔性力综合余度方式，该余度方式能有效解决舣通道间的力纷争问题，并实现力

4、矩与功率住两通道的平均分配，具有机械结构简单、传动精度高的优点。针对系统设计方案，对控制系统硬件与软件进行了详细的设计，完成了控制系统硬件和软件的调试。在此基础上建立了系统的动力学模型，包括伺服系统数学模型以及导轨摩擦特性模型。采川速度阶跃响应法辨识伺服系统机械时间常数，并确立了直流伺服系统为典型二阶系统结构，并推导了机械力综合机构的运动方程。以Stribeck模型为背景原理，进行了相关试验数据的测试，获得舵机系统实际的摩擦特性模型。系统实际模型的建立为控制策略与控制规律的设计提供了依据。本文在对象特性分析的基础上，在线性模型条件与非线性模型条件下进行了控制规律的设计与控制性能分析，针对控制

5、系统的阻尼特性，分别采用了位置的PD控制与速度反馈控制，均获得了良好的控制性能，并分别在时域与频域进行了分析比较。论文最后对系统的功能与控制性能给出了实际的验证结果。结果表明，实际结果与仿真结果基本一致，系统设计满足余度舵机系统的要求。关键词：电动舵机余度力综合数学建模控制系统双余度电动舵机系统的研究与设计ABSTRACTInthispaper,accordingtodomesticandinternationalresearchstatusinthefieldoftheredundantactuatorsystem，thedesignofsystemwasintroduced，includ

6、ingelectricalandmechanicaldesignprograme．Analysisoftheprogrameofmotorbodydual—redundancy,control-drivendual-redundancyandpartialredundancyweregiven．Thecharacteristicsofgeardirectlymeshingapproachanddifferentialplanetaryepicyclicgeartrainapproachwereanalyzed．Onthisbasis，adesignofscrew-drive-basedfor

7、cesynthesisdual-redundantelectricalandmechanicalactuatorsystemwasdisplayed．Itcaneffectivelysolvetheforcefightproblem，andtoachievetheaveragetorqueandpowerdistributionbetweenthedual-channelactuators，withasimp