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双余度电动伺服舵机系统设计

作　者: 王慧娟
导　师: 王道波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 双余度电动舵机无人机可靠性故障诊断余度管理
分类号: TJ760.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 243次
引　用: 1次
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内容摘要

无人机和导弹的伺服作动系统中电动舵机已经有了广泛的应用。传统单舵回路在任务可靠性上很难再有新的突破。本文根据现代无人机对舵机的高可靠性要求,结合工程实际,提出了三种小型双余度电动舵机方案,并进行了可靠性分析,从中得出了小型双余度电动舵机的一般结论。根据两种型号工程的具体要求,本文设计了两种双余度电动舵机,并针对其中一种舵机,完成了原理样机试验。在深入研究双余度舵机的工作原理和数学模型的基础上,提出位置环、电流环双闭环控制方案并进行仿真,仿真结果显示,这一控制方案能让双余度舵机单、双余度运行时均能达到伺服性能指标。为实现双余度舵机系统的在线动态检测,在对舵机的典型故障的深入分析的基础上,本文将双余度舵机划分为多个组件,根据不同组件特性,选用采用模型比较监控或比较两通道输出的方法构成系统的故障自检测模块。本论文给出了双余度电动舵机详细的硬件设计方案,设计了以微处理器TMS320F28335 DSP为核心实验平台的各功能模块。本文给出了舵机故障诊断的整个流程及各检测模块的流程框图,并开发了测试界面。对原理样机的实验结果表明,该样机能较好地满足双余度舵机的控制性能要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-19
  1.1 引言  12-15
    1.1.1 研究背景  12-13
    1.1.2 国内外研究状况  13-15
  1.2 双余度舵机的几种结构形式  15-17
  1.3 本文的主要研究工作  17
  1.4 本文的内容安排  17-19
第二章舵机可靠性分析与余度原理  19-41
  2.1 单舵回路舵机系统可靠性分析  19-24
    2.1.1 提高舵机可靠性的措施  19-20
    2.1.2 普通单回路舵机系统可靠性分析  20-24
  2.2 冗余系统设计原则及其可靠性模型  24-27
  2.3 双余度舵机冗余方案  27-40
    2.3.1 双余度舵机方案论证  27-33
    2.3.2 并联双余度舵机可靠性分析  33-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章伺服控制律与余度管理策略  41-61
  3.1 双余度舵机数学模型  41-44
    3.1.1 驱动电路模型  41
    3.1.2 电机模型  41-43
    3.1.3 减速传动装置及电位计模型  43
    3.1.4 系统总体模型  43-44
  3.2 舵机的控制器设计  44-52
  3.3 故障诊断及余度管理策略  52-60
    3.3.1 双余度舵机典型故障分析  52-54
    3.3.2 故障诊断的原则[30]  54
    3.3.3 故障诊断策略  54-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章双余度舵机的工程实现  61-86
  4.1 小型无人机双余度电动舵机设计  61-64
    4.1.1 舵机技术指标  61
    4.1.2 舵机总体结构及原理  61-64
  4.2 无人直升机用双余度电动舵机设计  64-66
    4.2.1 技术指标  64
    4.2.2 舵机总体结构  64-66
  4.3 小型无人机双余度电动舵机硬件系统设计  66-74
    4.3.1 余度管理器实现  67-71
    4.3.2 信号采样电路  71-73
    4.3.3 功率放大电路  73-74
  4.4 双余度舵机软件系统设计  74-82
    4.4.1 下位机软件设计  74-81
    4.4.2 上位机监测软件设计  81-82
  4.5 实验结果及分析  82-85
  4.6 本章小结  85-86
第五章总结与展望  86-88
  5.1 论文总结  86
  5.2 展望  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-92
在学期间的研究成果及发表的学术论文  92

双余度电动伺服舵机系统设计

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