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本论文以研制机载定位扫描系统为工程背景展开,重点研究了永磁感应子式无刷直流电动机驱动控制系统的一些关键问题,包括永磁感应子式无刷直流电动机的数学模型和参数特点、测角系统的误差及动态特性、电流控制方法、定位及扫描控制方法等。这些问题的研究对于提高机载定位扫描系统的性能和研制水平具有重要的理论意义和应用价值。
根据对机载定位扫描系统的分析,本文确定以永磁感应子式无刷直流电动机为本体,以多极感应同步器为测角元件构成一体化直接驱动控制系统。从特定电机结构的磁导计算出发,推导出永磁感应子式无刷直流电动机abc坐标系下的数学模型,详细分析了数学模型中各参数的特点并推导了电机dq坐标系下的转矩方程。在此基础上,深入分析了永磁感应子式无刷直流电动机的齿槽定位力矩分布特点。
本文提出了一种采用感应同步器的一体化测角方案。该方案满足系统对磁极位置检测和对位置控制的应用需求。为了提高位置检测精度,详细分析了感应同步器的输出信号误差,推导出由输出信号误差引起的基本测角误差表达式。在此基础上,提出了一种基于软件方式的基本测角误差补偿方法,解决了硬件补偿方式遇到的参数整定问题。为了改进经典跟踪型轴角转换的动态性能,提出了一种非线性快速跟踪轴角转换方法。
为了提高PI型电流控制的动态响应,本文提出了一种在旋转坐标系下实现的滑模变结构型快速电流控制策略,深入分析了驱动单元特别是逆变器开关死区时间对输出电压和对电流控制的影响。为了解决传统的死区补偿方法由于电流检测滞后等限制造成的误差,提出了一种基于电流观测器的电压前馈补偿方法。
为了提高位置控制性能,采用了一种多模态控制方案。定位模式下提出了一种基于改进滑模平面的滑模控制器以实现快速定位功能。扫描模式下采用了一种改进重复控制器以满足周期指令跟踪的需要。