為了順應(yīng)當(dāng)下全電力驅(qū)動(dòng)船舶的發(fā)展趨勢(shì),針對(duì)目前船舶舵機(jī)伺服系統(tǒng)使用液壓驅(qū)動(dòng)方式存在的問(wèn)題,利用控制操作簡(jiǎn)單方便、運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定可靠、性價(jià)比相對(duì)較高的步進(jìn)電機(jī),設(shè)計(jì)一種船舶電動(dòng)舵機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),對(duì)船舶舵機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位置控制,通過(guò)對(duì)控制算法進(jìn)行改進(jìn),使控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。工業(yè)上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制一般為傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制方式,存在負(fù)載突變時(shí)容易失步、適應(yīng)負(fù)載的能力差、運(yùn)行速度受限等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微處理器技術(shù)的發(fā)展,使得各種高性能控制算法在步進(jìn)電機(jī)位置控制中得到了更好的應(yīng)用,進(jìn)一步擴(kuò)大了步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際工程中的應(yīng)用范圍。首先,對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)以及基本工作原理進(jìn)行介紹,使用簡(jiǎn)化的磁網(wǎng)絡(luò)模型詳細(xì)推導(dǎo)步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)常用坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步得到雙H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法,分析并設(shè)計(jì)了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的矢量控制方案。其次,為了改善傳統(tǒng)矢量控制方式中存在的位置響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),穩(wěn)態(tài)誤差較大等問(wèn)題,將二階超螺旋滑�？刂撇呗詰�(yīng)用于電機(jī)位置控制中,設(shè)計(jì)相應(yīng)的二階滑模位置控制器,通過(guò)仿真分析,說(shuō)明該二階滑模控制方式能夠很好的提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。再次,針對(duì)實(shí)際系... 

【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１船舶舵機(jī)示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｓｔｅｅｒｉｎｇ?ｇｅａｒ??

電機(jī)汲取了另外??兩種步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，電機(jī)固有步距角較小并且控制過(guò)程需要的功率較低，在實(shí)際工作??過(guò)程中可以接收較高頻率的脈沖，因此其轉(zhuǎn)速范圍廣，已成為三類步進(jìn)電機(jī)中使用最廣??泛的電機(jī)，而兩相混合式步進(jìn)電機(jī)因其制作成本較低、定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、在低速運(yùn)??行時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性較好、電機(jī)運(yùn)行時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)，成為目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)中使用??最多的一種步進(jìn)電機(jī)［５５１。??２．１兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)??兩相混合式步進(jìn)電機(jī)與永磁同步電機(jī)以及其他交流電機(jī)相比，定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍有不??同，如圖２．１（ａ）為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖，圖２．１（ｂ）為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)剖面??圖，從圖中可以看出，該步進(jìn)電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子周圍分布著８?jìng)�(gè)定子繞組，每??個(gè)定子繞組的極靴被均勻分成６個(gè)小齒。轉(zhuǎn)子的外環(huán)磁鋼是使用硅鋼片疊壓制作完成的，??并且被設(shè)計(jì)為完全對(duì)稱的上下段，分別套在永磁體的兩端，上、下兩段轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子外圈??上分布著５０個(gè)齒距、大小完全相同的小齒，且在安裝時(shí)將兩段轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距進(jìn)行??安裝，兩相混合式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖如圖２．１（ｃ）所示。＇??腳箱??（ａ）兩相混合式步進(jìn)電機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖?（ｂ）兩相混合式步進(jìn)電機(jī)剖面圖??＼?：：??（Ｃ）兩相混合式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖??圖２．１兩相混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｔｅｐｐｉｎｇ?ｍｏｔｏｒ??－９－??

機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制起到指導(dǎo)性的意義［５６］。由上文可得，混合式??步進(jìn)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子上都有小齒，電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得步進(jìn)電機(jī)具有軸向磁??系統(tǒng)以及徑向磁系統(tǒng)［５７］。為使分析更加方便，使用經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的磁網(wǎng)絡(luò)模型。模型中忽略??了定子極間的漏磁、永磁體的漏磁回路、軸向和徑向的磁阻。這類簡(jiǎn)化不會(huì)對(duì)定性分析??的結(jié)論有原則性的影響［５８］。由于兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的八個(gè)定子繞組在直徑上是兩兩相??同的，因此會(huì)具有完全相同的電磁狀態(tài)，將對(duì)應(yīng)的定子繞組合并簡(jiǎn)化為一條支路，得到??簡(jiǎn)化的磁路模型如圖２．２所示。??Ａ?〇，，丨?ｉＬ?Ｏｂｌ?；?ｉｋ?Ｏ丨丨?ｌｉ?〇?Ａ??Ｆａｌ?Ｆｈ，?Ｆ，ｔ?■＝�。剑�?Ｆ．ａ１?－＝｜＝ｒ?Ｆｈｌ?Ｆｔ；?￣ｄ＝－?Ｆｄ：??Ｊ?Ａａｌ?Ｍ?Ａｈｉ?Ｍ?ＡＣ｜?｜ｊｊ?Ａｄｉ?八３２?八ｂ２?Ｍ?Ｑ?Ａｄ２??Ｆｍ?Ａ??Ｉ?■?Ａｍ??????????圖２．２兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)化磁網(wǎng)絡(luò)模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｎｅｔｗｏｒｋ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｐｈａｓｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｔｅｐｐｉｎｇ?ｍｏｔｏｒ??圖２．２中，八ａｌ、八ｂｌ、八ｔｌ、八ｄｌ為轉(zhuǎn)卞鐵七、Ｎ段相應(yīng)極的齒層磁導(dǎo)；八ａ２、八ｂ２、八八ｄ２??為轉(zhuǎn)子鐵心Ｓ段相應(yīng)極的齒層磁導(dǎo)；Ａ？，為永磁體磁導(dǎo)；，，？為環(huán)形磁鋼的磁勢(shì)；Ｋ、凡、??Ｒ、凡為各定子繞組所建立的勵(lì)磁磁勢(shì)，其大小由繞組電流大孝繞組線圈匝數(shù)決定，??方向由繞組線圈中的電流方向決定。??２．２．２自然坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型??在對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行磁網(wǎng)絡(luò)模型的假設(shè)后，得到各相定子繞組的自感與互??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3589613