用于并联六自由度Stewart平台的自适应伺服驱动系统研究

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大型光学望远镜作为天文观测的一种重要工具,在天文学领域有着重要的地位。随着我国国力的逐渐提升,在国内建造一台大型光学望远镜必然是未来发展的目标。作为次镜调整机构的高性能小型Stewart平台,是建造光学望远镜的关键前提。从构型的角度Stewart平台为典型的并联结构,拥有着一般并联机构高负载、高精度的共同优点。由于此特殊的应用场合,要求Stewart平台的尺寸尽量小型化,控制系统集成化。然而市场上常用的通用伺服驱动器的规格尺寸和控制特点,均不满足次镜调整的应用要求。因此,设计一套小型Stewart平台专用的高性能伺服驱动器,具有重要的应用价值。本文将通过研究以Stewart机构为基础的各装备的应用场景和特点,再根据项目课题的要求,选取性能优异的永磁无刷空心杯电动机作为平台支链的原动件。再为电机专用的伺服驱动器,通过研究电机的基本结构,并依据经典电机理论推导电机的数学模型、坐标变换,使电机控制原理更加简洁高效。分析用于无刷电机驱动的矢量控制的算法原理和SVPWM的公式推导及调制细节。其次,考虑电机在不同的应用场景下电气参数会发生变化的问题,探讨基于模型参考自适应法的电机多参数识别的原理,并进行仿真验证。对于电机控制中常用的三闭环控制,本文将通过电流环和速度环的数学模型的推导,进行相应等效简化。依据经典控制理论设计基于PI控制器的闭环调节器,并对于工程应用的特点推导部分参数的解析公式。针对伺服驱动器的位置环路的控制,采用基于前馈的比例控制器,根据仿真结果来验证位置环的稳态性能。本文将对伺服系统常用控制结构进行分析,选取以TMS320F28379S微控制器为核心的驱动器硬件,逆变器的构架选用预驱芯片与六个MOSFET的组合设计。并设计部分驱动控制系统的保护模块。讨论微控制器运行的主程序代码框架流程,以及矢量控制代码的实现逻辑。文章最后,通过在驱动Stewart平台的实际机械结构的实验,验证伺服系统的轴线方向的重复定位精度是否符合平台设计要求。
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