双余度无刷直流电机控制系统设计及性能研究

本课题来源于重点航空研究项目——某型飞机电动舵机用双余度隔槽嵌放式稀土永磁直流无刷电机的研制,进行双余度无刷直流电机的控制技术及性能研究具有理论意义、工程意义和显著的社会效益和经济效益。 按照舵机的操纵性要求,为提高系统的快速响应,减小过渡电流提供理论参考,根据无刷直流电机数学模型,对电机四象限运行中的正/反转过渡过程进行了分析,应用Matlab/Symbolic Math工具求解,得到电机的转速与电流过渡方程。根据单、双余度无刷直流电机的直流等效模型,建立了电流、转速双闭环控制模型,并通过对比Matlab/Simulink仿真结果曲线,可以得出双余度的机械特性比单余度要硬;针对双余度热并行运行中的电流均衡问题,对可能造成电流不均衡的原因以及影响大小进行了研究。 论文介绍以AT89C51单片机与SG3525脉宽调制控制器为核心的双余度稀土永磁无刷直流电机试验器的系统硬件结构,并对PWM调速控制、功率驱动输出及GAL逻辑综合等电路进行分析,提出并设计了电流截止负反馈电路实现电机堵转和起动时的电流限制功能。 在控制器软件需求分析的基础上,介绍了基于KeilC51的RTXTiny实时多任务操作系统的软件工程化技术。按照控制设计、编程、测试、试验等规范,建立了完整的文档,提高软件的易读性、易理解性,以达到软件的高可靠性和强壮性。 无刷直流电机是典型的强电与弱电相结合的系统,并且飞机系统的电磁环境复杂,本文对系统的干扰源、传播途径等问题进行了研究,并提出相应的软、硬抗干扰措施使系统性能达到总体设计要求。