电动舵机用大功率交流伺服控制及通讯系统的研制

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1、硕士学位论文电动舵机用大功率交流伺服控制及通讯系统的研制RESEARCHONTHEHIGHPOWERACSERVOCONTROLOFELECTROMECHANICALACTUATORANDTHECOMMUNICATIONSYSTEM（应用型）王京伟哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文电动舵机用大功率交流伺服控制及通讯系统的研制硕士研究生：王京伟导师：郝明晖教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEHIGHPOWERACSERVOCONTROLOFELECTROMECHANICALACTUATORANDTHECOMMUNICATIONSYSTEMCandidate：WangJingweiSupervisor：Prof.HaoMinghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mechanica

3、lDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前，小功率电动舵机的研究已经取得了较快的进步。相比之下，大功率电动舵机的研究还存在诸多问题。电动舵机在大型弹道导弹上的应用也不多，电动舵机伺服驱动系统的网络化研究还不成熟。本论文围绕以上问题在电机设计、控制器硬件开发及控制策略等方面对大功

4、率电动舵机系统进行研究，同时引入了基于EtherCAT的伺服驱动系统通信技术。根据导弹舵机小型化、高功率密度等技术要求，本文对大功率导弹舵机用永磁同步电机进行了设计。对转子的结构进行了合理的选择和优化；合理确定了电机的槽极方案；对电机各部分的材料尤其是电机转子永磁体材料进行了合理选择。此外，利用JMAG软件对电机模型进行了电磁仿真分析，利用仿真得到的转矩波动数据、磁密数据、及铁损、铜损等参数对电机方案进行分析。本文对驱动大功率伺服系统工作的控制器进行了详细的设计。在控制器硬件电路方面，对控制器的功率驱动部分、电流反馈部分、角位置信息反馈部分进行了

5、相关设计；对于信号检测部分，在母线电压信号检测和温度信号检测方面做了相应设计；此外，为增加系统的抗干扰性和安全性，在母线输入端进行了抗干扰设计，为避免上电断电时的过大冲击也做了保护设计。为了实现对电机的控制，本文采用了基于PID原理的电流环、速度环、位置环三闭环控制策略，并为进一步优化控制效果引入了弱磁控制策略。为实现多芯片间通讯和通过TwinCAT主站控制电机运行的功能，在基于EtherCAT的从站通信系统硬件上做了优化，设计了软件通讯时序并编写了通讯程序；此外，通过实验对实际通讯效果进行了验证。本课题搭建了大功率伺服系统实验平台。一方面对硬件

6、系统的基本性能如电机反电动势系数、电机力矩系数以及功率开关元件IGBT的开关延时进行了测试。在系统正常的基础上，基于PID控制对系统进行了电流环和速度环的调试，使系统工作于最优状态。为了满足大功率电动舵机输出高转矩、大功率的要求，对电机进行了加载实验用以测定其实际输出转矩和功率，同时测定电机的实际效率。另一方面，用小电机系统对电动舵机的跟踪特性程序进行了实验验证。关键词：大功率；电动舵机；EtherCAT；位置跟踪-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCurrently,arapidprogresshasbeenmadeinthea

7、reaofthesmallpowermissileelectromechanicalactuator.Butincontrast,therearemanyproblemswiththeresearchonthehighpowermissileelectromechanicalactuator.Thecriticaltechnologyoftheelectromechanicalactuator,especiallytheresearchonthePMSM(permanent-magnetsynchronousmotor)anditscontrol

8、methodandtheapplicationoftheelectromechanicalactuatoronthelargeballi