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1、江苏大学硕士学位论文双余度电动舵机系统的研究与设计姓名：张新华申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：孙玉坤20050617江苏大擘硕士学住论文双余度电动舵机系统的研究与设计摘要本论文针对并行，主动式余度作动系统提出基于机械运动合成的差动周转轮系控制方案和基于电流迭加的离合器控制方案，并指出各自的特点。在深入研究永磁无刷直流电机的工作原理、数学模型和控制性能的基础上，针对差动周转轮系控制方案提出位置环、速度环双闭环控制方案，利用直接设计方法设计出各数字控制器的算法；针对离合器控制方案提出位置环、速度环和电流环三闭环控制方案，利用间接设计方法设计出各数字控制器的算法。对两种控制方案用M
2、A T L A B 进行仿真，仿真结果显示，两种控制方案均能满足双余度舵机的控制要求。本论文针对基于差动周转轮系控制方案的双余度舵机系统。给出了详细的硬件设计方案，介绍了控制板和功率驱动板的各功能模块的设计，讨论了故障自诊断和故障屏蔽策略，介绍了两舵机间的交叉数据链的设计，给出了整个控制流程及各模块的c语言代码或流程框图，并制作了以微处理器M S P 4 3 0 为核心实验平台和开发了测试界面。实验结果表明，该方案较好地满足双余度舵机的控制要求。关键字：无刷直流电机双余度电动舵机伺服系统M S P 4 3 0S J A l 0 0 0I R 2 1 3 0+ 本课题受到国家高技术研究发展计划(
3、 8 6 3 计划) 资助江苏大学硕士学位论文AS t u d ya n dD e sig no fD u nIR e d u n d a n c yEIe c tr o - M e c h a nic aIA c t u a t o rA b s t r a c tI nt h i st h e s i s ，d i f f e r e n t i a lp l a n e t a r yg e a rt r a i nc o n t r o ls 3 ，s t e mb a s e do nm e c h a n i c a lm o t i o nc o m p o s i t i o
4、na n dc l u t c hc o n t r o ls y s t e mb a s e do nc u r r e n ta d d i t i o na r ep r o p o s e df o rp a r a l l e l a c t i v er e d u n d a n c ya c t u a t o rs y s t e m ，w h o s ef e a t u r e sa r ed i s c u s s e d A c c o r d i n gt ot h ei n - d e p t hs t u d yo ft h ew o r k i n gp r
5、 i n c i p l e ，m a t h e m a t i c a l m o d e Ia n dc o n t r o l l a wp e r f o r m a n c eo fp e r m a n e n t - m a g n e tb r u s h l e s sD Cm o t o r s t h et w o c l o s e d - l o o p sc o n t r o ls y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sp o s i t i o nl o o pa n ds p e e dl o o p i sp r o p o
6、 s e df o rd i f f e r e n t i a lp l a n e t a r yg e a rt r a i nc o n t r o ls y s t e m ，a n dc o n t r o la l g o r i t h mi sd e s i g n e df o re a c hc o n t r o l l e rw i t hd i r e c td e s i g n i n gm e t h o d ；t h et h r e e c l o s e d 1 0 0 p s c o n t r o ls y s t e m ，w h i c hi n
7、 c l u d e sp o s i t i o nl o o p ，s p e e dl o o pa n de u r r e n tl o o p ，i sp r o p o s e df o rc l u t c hc o n t r o ls y s t e m a n dc o n t r o la l g o r i t h mj sd e s i g n e df o re a c hc o n t r o l l e rw i t hi n d i r e c td e s i g n i n gm e t h o d T h et w oc o n t r o ls y
8、s t e m sa r cs i m u l a t e dw i t hM A T L A B a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t ee a c ho ft h e ms a t i s f i e dt h ec o n t r o Ir e q u i r e m e n t F u r t h e r m o r e ，i nt h i st h e s i s ，b a s e do nd u a lr e d u n d a n c ye l e c t r o - m e c h a n i e a l
9、a c t u a t o rw i t hd i f f e r e n t i a lp l a n e t a r yg e a rt r a i nc o n t r o ls y s t e m ，t h eh a r d w a r ed e s i g ns c h e m ei sd i s p l a y e di nd e t a i l ；e a c hf u n e t i o nb l o c kd e s i g no fc o n t r o lb o a r da n dp o w e rd r i v eb o a r di sp r e s e n t e
10、d ；t h ef a u l ts e l f - d i a g n o s i ss t r a t e g ya n df a u l ts e l f - s c r e e ns t r a t e g ya r ed i s c u s s e d ；t h ed e s i g ns c h e m eo fa c r o s sd a t a - l i n kb e t w e e nt h et w oa c t u a t o r si sp r e s e n t e d ；t h ew h o l ec o n t r o lf l o wa n dp r o g
11、r a mc o d ei nCl a n g u a g eo r f l o wc h a r to fe a c hm o d u l ea r eg i v e n I na d d i t i o n ，e x p e r i m e n t a lp l a t f o r ma n dt e s t i n gi n t e r f a e ea r ed e v e l o p e d T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tc o n t r o Is y s t e ms a t i s
12、f i e dt h ee o n t r o Ir e q u i r e m e n to fd u a lr e d u n d a n c ye l e c t r o m e c h a n i c a la c t u a t o r K e y w o r d s ：B r u s h l e s sD C 【B L D C ) M o t o rS e r v os y s t e mM S P 4 3 0D u a lr e d u n d a n c ye l e c t r o m e c h a n i c a la c t u a t o rS J A l 0 0 0
13、I R 2 l3 0学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密厂j本学位论文属于在年解密后适用本授权书。不保密F 刁学位论文作者签名：孑舀争嚼导师签名：6别f签字同期：弦衫年占月，日签字目期：埘年g 月日学位论文作者毕业后去向：翥釜豸洳惭麓一夕通讯地址：；王三箩峡嘻蒯云导2y 巧 0 邮编：，如夕独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人
14、在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：龃两年6 月日江苏大学硕士学位论文I 。1 研究背景及意义H 1第一章绪论为适应未来军事竞争的需要，各军事强国都竞相发展各种新概念先进武器，其中最引入注目的是无人机的发展。军用无人机是充分利用信息技术革命成果两发展的高性能信息化武器装备，对提高战场空间感知能力、高风险目标突防能力、通信导航支援能力、电子战能力、压制敌防空系统能力、固定
15、和移动目标攻击能力、高过载机动能力、作战生存能力和联合作战能力与主宰战场空间能力等起重要作用。随着高新技术在航空领域的广泛应用以及现代战争的需要，军用无人机的应用范围和作战性能都将会不断地提高和扩展，其成员也将不断增多，将在未来战争中得到广泛的应用，在装备体系中处于突出的地位。军用无人机的快速发展要求其控制系统具有商精度、高灵敏度及高可靠性。舵机系统是飞行自动控制系统不可缺少的关键组成部分，它能否可靠工作直接决定飞行器是否能正常飞行，因此，要提高飞行器的整机工作的可靠性，就必须提高舵机系统的可靠性。但对于任何系统而言，故障总是客观存在的，虽然可通过提高系统各组成元件的质量、加强对元件的保护、甚
16、至改良设计等措施来提高系统的可靠性，但需要付出很大的代价，丽可靠性的提高却并不显著。余度技术可以在相对降低对元器件的要求的同时有效提高系统可靠性。因此，提高舵机系统的可靠性的有效途径之一就是增加舵机系统的余度，本论文J 下是研究和设计双余度舵机系统，旨在通过双余度舵机提高无人机的整机工作的可靠性。舵机实际上是位置随动系统。根据动力源不同，常用的舵机系统可分为气动舵机、液压舵机和电动舵机等。与气动及液压舵机相比，电动舵机( f f M A ) 的优点有：可靠性高，容易控制，生产制造方便，可以和飞行自动控制系统使用同一能源等，因而在多电全电飞机、无人驾驶飞机、导弹、联合制导攻击炸弹及航天器等先进飞行器中得到越来越广泛的应用。电动舵机以电力为能源，通常由伺服电动机( 直流或交流) 、驱动单元、控制单元、电流传感器、测速装置、位置传感器、齿轮传动装置和安全保护装置等构成。由于普通直流伺服电机具有机械特性好、调节方便、效率高、输出力矩大等优点，因而传统的电动舵机多采用普通直流电机。但普通直流伺服电机的结构和工作原理决定了其致命的缺点
