雙余度電動舵機系統(tǒng)的研究與設計_圖文

1、江蘇大學碩士學位論文雙余度電動舵機系統(tǒng)的研究與設計姓名:張新華申請學位級別:碩士專業(yè):計算機應用技術指導教師:孫玉坤20050617 江蘇大學碩士學位論文 圖2.2差動周轉輪系控書|方案的3D圖2.1.2差動周轉輪系控嘲方案的特點該方案的優(yōu)點:當某一通道發(fā)生故障時,只需用相應的制動器鎖住相應的故障通道的電機即可,隔離故障方便;由于輸出軸的輸出為兩輸入軸的機械運動合成,且兩輸入軸承擔的力矩不變,因此只要保證兩輸出電機轉速相同,即可保證兩電機間的負載均衡,并很好地解決了力紛爭的問題:不需要采用離合器,有利于提高整機的可靠性。缺點:機械設計復雜,加工精度要求較高;轉動慣量較大,不利于系統(tǒng)的動態(tài)性能的

2、提高。2.2離合器控制方案及特點2.2.1離舍器控制方案Jim2圖2.3離合器控制方案的原理框圖如圖2.3所示,智能控制單元l、驅動單元l、電機l、制動器l、離合器l共同組成通道l(主舵機系統(tǒng);智能控制單元2、驅動單元2、電機2、制動器2、離合器2共同組成通道2(從舵機系統(tǒng)。其中,智能控制單元l為主控制單元,智能控制單元2為從控制單元,它們之蚓通過(:烈總線進行信息交互。當兩通道均正常時,由主控制單元協(xié)調(diào)兩通道同時工作,共同帶動舵面旋轉;當通道2發(fā)生故障時,由離合器2隔離故障通道2,僅由通道l維持接個江蘇大學碩士學位論文系統(tǒng)正常工作;反之,當通道1發(fā)生故障時,由離合器l隔離故障通道l,僅由通道

3、2維持熬個系統(tǒng)下常工作。離合器摔制方案的3D圖如圖2.4所示 圖2.4離合器控制方寰的3D圖2.2.2離合器控制方案的特點該方案的優(yōu)點:通過相應的離合器的吸合與分離,可以方便地接入和分離相應的通道,控制簡單靈活,系統(tǒng)預自診斷方便。缺點:由于兩通道均正常工作時,由兩電機共同帶動舵面旋轉,作用在受載上的轉矩為兩電機轉矩之和,因此,需解決負載均衡與力紛爭的問題,這對電流檢測、控制器的設計和智能控制器的處理速度都提出了較高的要求。 江蘇大學碩士學位論文雅;厙丟愿硼>%滿足近似條件。州2墨2贏26位囂州環(huán)的傳遞函數(shù)為26s(O.0096s+1、三、連續(xù)閉環(huán)傳遞函數(shù)的SIMULINK動態(tài)仿真113-

4、161136I采用MATLAB/SIMULINK對設計的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進行動態(tài)仿真,其模型圖如圖47(a所示,并對每個控制器的輸出增加了飽和輸出環(huán)節(jié)。根據(jù)電機參數(shù),位置控制器的飽和輸出為±628rad/s,速度控制器的飽和輸出為±24V。當給定輸入為階躍信號6u(t和正弦信號6Sin(18.84t時,其輸出響應的波形如圖4.7(b、(c所示。卜.吧伊.1:.!多>叫i卜一JIme口rm。nG|in2 Array(b(c圖4.7連續(xù)閉環(huán)傳遞函數(shù)的SIMULINK動態(tài)仿真及結果從以上仿真結果來看,轉速環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)菌能滿足系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能要求,故擬用其等效脈

5、沖傳遞函數(shù)來求解相應的數(shù)字控制器。四、數(shù)字轉速控制器的設計16117I轉速環(huán)控制對象的連續(xù)傳遞函數(shù)為:%咖(s2面麗石zio鬲轉速閉環(huán)連續(xù)傳遞函數(shù)為:睨-n(s2面麗菇1鬲取采樣時間為0.01S,采用零極點匹配法進行離散化,對應的等效脈沖傳遞函數(shù)分別2R 江蘇大學碩士學位論文 (b圖4.1l離散雙閉環(huán)傳遞函數(shù)的SIMULINK動態(tài)仿真結果4.2.3雙余度舵機雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制策略與仿真參照單舵機雙閉環(huán)控制系統(tǒng),若把位置控制器的增益減小一半,其它控制器的參數(shù)不變,則此時雙余度舵機雙閉環(huán)系統(tǒng)與單舵機雙閉環(huán)系統(tǒng)有相同的傳遞函數(shù)和控制性能。采用SIMULINK對設計的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進行動態(tài)仿真,其模型圖

6、如圖4.13所示,若給定輸入為階躍信號6u(t、6Sin(18.840,空載時其響應輸出波形分別如圖4.14(a、(b所示。圖4,12(a1、(b1給出輸入信號為方波信號、正弦信號時單舵機和雙余度舵機的輸出響應波形。由圖4.12可以看出,由于雙余度舵杌系統(tǒng)中各控制器與單舵機系統(tǒng)相比不易飽和,因此,雙余度舵機系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程較短、響應速度較快。 (b圖4.12輸入信號為方波信號、正弦信號時單舵機和雙余度舵機的輸出響應波形到產(chǎn)f 擎pi墨i L _;,11、;/全8虞雖噩墨匿圉蠹I 噩I=國|I.一。一jl 5E!H一一舅E 臻匡臻|-L 臻1匹司l 孺匡坤郭§l拍fI l L ,./l 八§蟄I已習魏“j Y一瑤辯; 到毒爵習§ i蠶i吞雪;l吞摩e卜臼l E爭rl-li匡蠹l、。r j”廠噩噩L 玉j!、.±y1強目i!呂lF.圜iP 習i艿