【摘要】：電動(dòng)舵機(jī)作為高精度伺服系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，其在航空航天的發(fā)展越來越迅速。本課題采用交流永磁同步伺服電機(jī)作為舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元相比于無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元，其具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、調(diào)速范圍寬、指令響應(yīng)快、運(yùn)行效率更高、定位精度高。電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)成為電動(dòng)舵機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。采用EtherCAT以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)高速通信，可以完成以主站為指令的通信系統(tǒng)。 本文對(duì)電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行了分析，用JMAG仿真分析并加工出滿足電動(dòng)舵機(jī)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩要求的交流永磁同步電機(jī)，，設(shè)計(jì)以高性能MCU為控制核心的控制系統(tǒng)，采用體積小精度高磁電編碼器作為電機(jī)末端位置反饋。采用了以EtherCAT以太網(wǎng)通信，使用ESC從站設(shè)備完成了主站與從站電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)、多舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)之間的高速實(shí)時(shí)通信。 分析交流永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)交流永磁同步電機(jī)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)控制傳遞函數(shù)。在電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)的控制策略上，采用前饋控制策略來使其具有指令高響應(yīng)特性和指令跟隨特性，采用二自由度控制策略使其具有抗干擾特性。 最后搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)EtherCAT通信系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)交流永磁同步電機(jī)的速度環(huán)、電流環(huán)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，使其滿足電流響應(yīng)、轉(zhuǎn)速要求。采用了常用的高速定位實(shí)驗(yàn)對(duì)交流伺服系統(tǒng)的前饋、二自由度等控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，使電動(dòng)舵機(jī)具有較好高速位置響應(yīng)特性，同時(shí)對(duì)電動(dòng)舵機(jī)交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行了正弦指令跟隨系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用交流伺服系統(tǒng)的電動(dòng)舵機(jī)具有良好響應(yīng)特性和指令跟隨特性。
[Abstract]:As a high precision servo system, electric steering gear has the advantages of simple structure and small size. Compared with brushless DC motor, AC permanent magnet synchronous servo motor (PMSM) is used as driving unit in this paper, which has less torque ripple, wider speed range, faster instruction response, higher running efficiency and higher positioning accuracy. The AC servo system of electric steering gear has become the developing trend of electric steering gear. EtherCAT Ethernet technology is used to realize real time and high speed communication between AC servo system of multi-electric steering gear, and the communication system with master station as instruction can be completed. In this paper, the AC servo system of the electric steering gear is analyzed. The AC permanent magnet synchronous motor which meets the requirements of the speed and torque of the electric steering gear is analyzed and machined by JMAG simulation. The control system with high performance MCU as the control core is designed. The small-volume high-precision magnetoelectric encoder is used as the end position feedback of the motor. Using EtherCAT Ethernet communication, using ESC slave station equipment, the AC servo system between master station and slave station is completed, and the high speed real-time communication between main station and slave station is realized. The mathematical model of AC permanent magnet synchronous motor is analyzed. The closed-loop control transfer function of AC permanent magnet synchronous motor (PMSM) is designed, including current loop, speed loop and position loop. In the control strategy of AC servo system of electric steering gear, the feedforward control strategy is adopted to make it have the characteristics of high response and follow command, and the control strategy of two degrees of freedom is adopted to make it have anti-interference characteristic. Finally, the system experimental platform is built to debug the EtherCAT communication system, and the speed loop and current loop control parameters of PMSM are debugged to meet the requirements of current response and speed. The control parameters of AC servo system, such as feedforward and two degrees of freedom, are debugged by the commonly used high-speed positioning experiment, which makes the electric steering gear have better response characteristics at high speed. At the same time, the sinusoidal command following system experiment is carried out on the AC servo system of electric steering gear. The experimental results show that the electric steering gear with AC servo system has good response characteristics and command following characteristics.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM341;TP273

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9 蘇

本文編號(hào)：2205587