容错电机数字驱动控制器的研究

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机电系统是飞行控制系统的关键部件,要求具有更高的安全性、可靠性、动态特性和功率密度。而电机控制器又是机电系统的薄弱环节和关键部件,其性能好坏直接影响机电系统的性能,甚至关系到飞行品质和飞行安全。  随着电子技术、控制理论技术及电动机的发展,以数字信号处理器为核心的数字信号处理技术的发展为电机控制系统进一步的研究提供了有力的保障。传统的电机调速系统已无法满足燃油系统的现代指标。本文以飞机的燃油系统为研究背景,针对上述问题,设计了体积小、功能灵活、可靠性能高、高精度的容错电机控制器和负载模拟器,设计出的电机控制器可以迅速准确地控制电机,并能按照指定要求完成一定的带载任务。论文主要成果包括以下:  (1)针对电机的伺服控制系统,设计了由数字信号处理器DSP、逻辑器件CPLD组成的控制电路和由功率开关管组成的四相独立的H桥驱动功率变换器。采用双极性脉宽调制(PWM)控制原理驱动电机运行,通过改变PWM信号的宽度或者占空比调节输出电压,实现了电机的平滑调速。  (2)为了实现单相负载模拟器,设计了相应的硬件电路,其中包括主控电路、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路等,电机可按照控制指令完成一定的加载任务,同时为研究高可靠性电机调速系统提供了试验基础。  (3)采用Id=0的矢量控制策略,在电机伺服控制系统中引入转速环(外环)、电流环(内环)双闭环控制系统;载荷控制系统中控制量为电流,在功率闭环控制律中的电流环采用PI控制。在此基础上,对双闭环控制系统搭建了仿真平台,验证了采用的控制策略实现了伺服控制系统无静差和快速响应性能好的要求。  本课题完成了容错电机数字驱动控制器硬件的设计工作并对整个系统进行了调试,上位机通过串口总线发送指令可以轻松的控制电机。实验结果验证了所设计的控制器能够很好地满足电机调速系统的基本性能指标,并能安全可靠的控制电机完成一定量的加载实验。
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