高精度电动舵机技术研究

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'高精度电动舵机技术研究'
西北工业大学 硕士学位论文 高精度电动舵机技术研究 姓名:汪和平 申请学位级别:硕士 专业:航空电子工程 指导教师:陈明;王建明 20030101 高精度电动舵机技术研究 摘要 电动舵机的应用日益广泛,它正逐步在代替液压舵机和气动舵机。使用电动舵机 不仅可提高伺服系统的性能,同时可降低系统重量和维护费用。本文提出了两种新型 的电动舵机方案,用于反坦克多用途导弹和航空智能炸弹。一个方案是包括无刷直流 电动机、滚珠丝杠、单片机控制器和导电塑料电位计的电动舵机;另一个方案是包括 直流永磁有刷电动机、谐波减速器、经典大功率双运放驱动器和导电塑料电位计的电 动舵机。这两种电动舵机结构紧凑、体积小、重量轻,利用谐波传动和滚珠丝杠副的 很小空回误差,使舵机的输出间隙小于3 ( 角分) 时,舵机系统的稳态精度达到±0 .1 。, 时间常数为5 m s ~1 5 m s ,当转速在1 2 0 。/s ~3 0 0 。/s 时,能获得6 H z ~2 5 H z 的频带, 且超调满足不大于1 0 %的要求。对舵机系统参数进行了分析设计,重点用滑模变结构 控制理论设计了舵机控制器。仿真计算和样机试验的结果表明该控制器可使机电时间 常数5 m s 的舵系统获得2 5 H z 的宽带,且超调不大于1 0 %。使舵机系统的伺服控制作 用有很大的提高。 关键词:电动舵机伺服系统滑模控制谐波减速传动滚珠丝杠 高精度电动舵机技术研究 A B S T R A C T E l e c t r o m e c h a n i c a lA c t u a t i o ns y s t e m sh a sb e i n ga p p l i e dt h em a n y m i l i t a r yf i e l d s ,a n d g r a d u a l l yr e p l a c i n gh y d r a u l i c a n dp n e u m a t i ca c t u a t o r ,w h i c hi m p r o v ep e r f o r m a n c eo f w h o l es y s t e ma n dr e d u c ew e i g h ta n dm a i n t e n a n c eo fw h o l es y s t e m .I nt h i sp a p e ran e w t y p e o fe l e c t r o m e c h a n i c a l p r o p o r t i o n a l c o n t r o la c t u a t i o n s y s t e m f o ra n t i - t a n k m u l t i —p u r p o s e m i s s i l ea n d a e r o —i n t e l l i g e n t b o m bw a sp r e s e n t e d .T h ea c t u a t i o ns y s t e m i n c l u d e db r u s h - l e s sD Cm o t o r ,b a l ls c r e w , m i c r o —c o n t r o l l e r , a n de l e c t r i cp l a s t i cf e e d b a c k t e l e m e t r y .T h i s t w ok i n d so fE l e c t r o m e c h a n i c a lA c t u a t i o n s y s t e m s h a v es u c h c h a r a c t e r i s t i c sa s c o m p a c ts t r u c t u r e ,s m a l lv o l u m e ,l i g h tw e i g h t ,e t c .t h ep i m p i n gl o s t m o t i o ne r r o ro fh a r m o n i cd r i v ea n db a l ls c r e wc a nm a k et h eo u t p u tc l e a r a n c en om o r et h e 3 .s t a b l es t a t ep r e c i s i o nu pt o ±0 .1 。,t i m ec o n s t a n t5 m s ~1 5 m s ,m o t i o ns p e e d1 2 0 。/s ~ 3 0 0 。/s ,a n dc a ng e t6 H z ~2 5 H zb a n d w i d t ha n do v e r s h o o tl e s s1 0 %.T h ea c t u a t i o ns y s t e m w a s d e s i g n e da n dt h ec o n t r o l 1e rw a s e m p h a t i c a l l yd e s i g n e dw i t hs l i d i n gm o d e lv a r i a b l e s t r u c t u r ec o n t r o l t h e o r y .T h e r e s u l to f c o m p u t e r s i m u l a t i o na n da c t u a t i o n s y s t e m e x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a tt h eb r u s h —l e s sD Cm o t o rw i t h5 m se l e c t r o m e c h a n i c a l t i m e c o n s t a n t ,w h i c hm a d et h ea c t u a t i o ns y s t e mg e t2 5 H zb a n d w i d t ha n do v e r s h o o tl e s s1O %. K e y w o r d s : E l e c t r o m e c h a n i c a la c t u a t o r S e r v es y s t e mF l i g h tC o n t r o l S l i d i n gm o d e lc o n t r o l H a r m o n i cd r i v e B a l ls c r e w 第一章绪论 第一章绪论 1 .1 本选题的来源及其项目背景 高精度电动舵机以反直升机、反坦克多用途导弹和某型航空智能炸弹为应用 背景。该课题自立项以来,并行开展了电动舵机和气动舵机两个方案的研究工作, 其中本人负责电动舵机的研究工作,并按反直升机、反坦克多用途导弹系统和某 型航空智能炸弹总体的技术要求,完成了方案论证及关键技术攻关。在多用途导 弹控制系统中
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