无人机电动舵机伺服系统仿真与分析.pdf

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1、研穷与分析·机械研究与应用·无人机电动舵机伺服系统仿真与分析王银泽，李迅波(电子科技大学机械电子工程学院。四川成都611731)摘要：分析了无人机电动舵机伺服系统各组成部分的原理，利用Matlab／Simulink工具建立了整个舵系统数学模型，并对舵系统的输出力矩、转速以及位置的动态响应进行了仿真。之后建立了舵系统的传递函数模型。对舵系统的稳定性指标进行了仿真分析。结果表明通过两种方式对电动舵机回路进行建模分析，有利于更全面准确的了解系统动态特性，减少了舵系统设计难度，增强了系统的可靠性。关键词：飞行控制系统；伺服系统；电动舵机；无刷直流电机中图

2、分类号：V411．8文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)05—0036—03SimnlationandanalysisofelectromechanicalactuatorservosystemforUAVWangYin—ze．LiXun—bo(Un~ersityofelectronicofscienceandtechnologyofChina，ChengduSichuan611731，China)Abstract：．nleprinciplesofthecomponentsofUAVEleetromeehaniealactuat

3、orservosystemareanalyzed．WiththeuseofMaflab／Simulinktoolsamathematicalmodeloftheruddersystemiscreated．Andthedynamicresponsesofoutputmoment，speedandlocationaresimulated．Thenthetransferfunctionmodelofruddersystemisestablished，andthestabilityindicatorsaresimulated．Theresultsindi

4、catethatcreatingmodelsintwodiferentwaysarebenefitforlearningdynamiccharacteristisofthesystemcomprehensivelyandaccurately，reducingdificultyofruddersystemdesignandincreasingsystemreliability．Keywords：flightcontrolsystem；servosystem；electromechaniealactuator；brushlessDCmotor1引言组

5、电组(n)；L为无刷直流电动机定子绕组自感舵回路伺服子系统有电动、电液和液压等几种，(H)；为无刷直流电动机定子绕组间互感(H)；i是飞行控制系统的执行部分，所以其性能显得尤为重ii。为定子相绕组电流(A)；eebe。为定子绕组电要¨】。随着大功率功率驱动器的发展以及稀土永磁动势(V)。无刷电机的广泛应用，电动舵机伺服系统越来越多的无刷电机的感应电动势为：应用于各种高性能的飞机中，如美国的“捕食者”、e=Ke(2)“全球鹰”无人机以及法国的“美洲豹”，以及空客公式中：Ko为电机感应电动势系数(V·rad／s)；to为电司的全电飞机空中客车A380

6、】。因此如何根据新型机角速度(rad／s)。无人机整体性能的要求，设计出具有高稳定性、可靠Te=(eai+ebib+eci)／w(3)性的伺服系统是必须解决的难点之一。式中：iii。为定子相绕组电流(A)；eeb、e。为定2舵系统模型的建立子绕组电动势(V)；为电机角速度(rad／s)。2．1无刷直流电动机模型的建立电动舵机伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩后，运动控制系统控制器和传感器四部分组成。无刷电机模型式整个的基本运动方程可简化为：模型建立的核心，通常采用的无刷直流电机的电压方(4)程为：[。】式中：Te为电磁转

7、矩(N·in)；TL为负载转矩(N·rU1rR00qr。1131)；tO为电机角速度(rad／s)；-，为机械转动惯量(kglLbJl1L0R0llibl+o0R3Lij·m)。o根据以上方程对无刷直流电机进行封装处理，得到电机子系统。2．2转子位置传感器模型转子位置传感器的作用是实现电子换相，系统使收稿日期：2010—0S一17作者简介：王银泽(1985一)，男，云南大理人，硕士，研究方向：机电一体化技术、电机控制。·36·砷究与分析·机械研究与应用·用三个霍尔传感器检测转子位置，按表1所示对应关系即可得到三相逆变电路六个开关管的控制信号。表1

8、带霍尔传感器的无刷电机转子位置与开关管由表1可建立霍尔传感器的模型如图1所示，输2．3电动舵回路系统总体模型的建立入信号为电机的三个位置