摘要：介紹了稀土永磁雙余度有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)(latm)位置伺服系統(tǒng)工作原理，就其系統(tǒng)中電氣定位、轉(zhuǎn)速與角位移測(cè)量、速度位置雙閉環(huán)及雙余度控制等進(jìn)行了研究，文中給出了有關(guān)實(shí)現(xiàn)電路，并對(duì)系統(tǒng)仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，

關(guān)鍵詞：有限轉(zhuǎn)角，力矩電動(dòng)機(jī)，電氣定位；直接驅(qū)動(dòng)，pwm控制

中圖分類號(hào)：tm351    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；a    文章編號(hào)：1001-6848(2000)03-0024-03

    有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)位置伺服系統(tǒng)是在有限角度范圍內(nèi)能快速旋轉(zhuǎn)和準(zhǔn)確定位且具有較大出力的直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可在航空伺服閥、舵機(jī)作動(dòng)、機(jī)器人關(guān)節(jié)、雷達(dá)天線、機(jī)載炮塔等高精度電氣伺服泵統(tǒng)中用于有限角度內(nèi)對(duì)負(fù)載的直接驅(qū)動(dòng)。國(guó)外在80年代末已將其用于航空流體推進(jìn)裝置和衛(wèi)星幅射儀掃描鏡機(jī)構(gòu)的精密控制等高技術(shù)領(lǐng)域[1]，而國(guó)內(nèi)僅在指針驅(qū)動(dòng)方面進(jìn)行過(guò)研究，由于采用彈簧定位，其精度不高、出力不大，也無(wú)法滿足高功率密度和大功率直接驅(qū)動(dòng)的需要。本文介紹稀土永磁雙余度有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)位置伺服系統(tǒng)的工作原理，對(duì)其電氣定位、轉(zhuǎn)速與角位移測(cè)量、速度位置雙閉環(huán)、雙余度控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該力矩電動(dòng)機(jī)由于無(wú)需減速結(jié)構(gòu)，體積小、功率密度高、出力大，系統(tǒng)定位準(zhǔn)確、運(yùn)行精度高、頻響寬、可靠性高。

    有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)在定子上安裝電樞繞組，轉(zhuǎn)子上安裝稀土永磁體，與無(wú)刷直流電機(jī)相似，但有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)定子是一相繞組，單相結(jié)構(gòu)不需要換向線路，故也叫有限轉(zhuǎn)角無(wú)刷直流力矩電動(dòng)機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)雙余度控制，提高系統(tǒng)可靠性，定子上嵌放兩套繞組，隔槽嵌放，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。定子共14個(gè)槽，其中7、14為空槽，1、3、5為第一套繞組上層邊，8、10、12為其下層邊，同樣2、4、6為第二套繞組上層邊，9、11、13為下層邊，這兩套繞組分別稱為a-a和b-b，這樣每套繞組由3個(gè)線圈組成。為了利于電氣定位，每套繞組有一個(gè)線圈作為定位繞組，3個(gè)線圈串聯(lián)后作為工作繞組，另外，為了減小齒槽效應(yīng)，定子采用斜槽結(jié)構(gòu)。

    該有限轉(zhuǎn)角力矩電動(dòng)機(jī)位置伺服系統(tǒng)由繞組電機(jī)、雙余度控制器和單余度位置傳感器三部分組成，其中傳感器采用增量式光電編碼器，用于電機(jī)速度和角位移量檢測(cè)。系統(tǒng)正常工作時(shí)為雙余度，當(dāng)一個(gè)余度故障時(shí)，另一余度仍能正常工作且保證足夠的出力，兩余度控制電路相似，其系統(tǒng)雙余度控制原理圖如圖2所示。

    本系統(tǒng)用第一套繞組第一個(gè)線圈1-8和第二套繞組的第三個(gè)線圈6-13作為定位繞組，fi、fz為兩套定位繞組軸線，即磁勢(shì)位置。設(shè)轉(zhuǎn)子機(jī)械零位處于f1、f2夾角的平分級(jí)f處（合成磁勢(shì)位置），即oo。那么電動(dòng)機(jī)在有限角度一伊～+口內(nèi)的運(yùn)動(dòng)就以00作為基準(zhǔn)做正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以雙余度a、b兩套繞組工作時(shí)的機(jī)械零位都應(yīng)以該o。作基準(zhǔn)。對(duì)于a相繞組，其電氣定位方法是讓sll、s12,兩個(gè)繼電器常開觸頭同時(shí)閉合。1-8線圈從27v直流母線上取電，轉(zhuǎn)子零位旋轉(zhuǎn)到與fi對(duì)齊，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后，sll、s12同時(shí)斷開，初定位完成。同時(shí)s13閉合，主功率電路上電，由一固定pwm信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器i的t1、l(或t、t3)管，將27v脈沖方波加于3個(gè)線圈串聯(lián)的a-a相繞組上，使電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．當(dāng)轉(zhuǎn)子零位經(jīng)過(guò)f1、f2夾角平分線f時(shí)，用光電編碼器的參考信號(hào)z（z信號(hào)可提前調(diào)節(jié)標(biāo)定到f1、f2的夾角平分級(jí)f附近）去觸發(fā)雙余度控制器中的觸發(fā)器使其計(jì)數(shù)器清零置位，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械零位與電氣零位的統(tǒng)一，完成全部電氣定位。尋找z信號(hào)的轉(zhuǎn)速可由該pwm信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)，一旦調(diào)定，將不再改變。電氣定位每次只能由一套繞組進(jìn)行，而且每次上電后系統(tǒng)自動(dòng)定位，工作中間不再定位。如果采用b相定位，可由6-13線圈實(shí)現(xiàn)初定位，尋找z信號(hào)過(guò)程只是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

    定位完成以后，控制器自動(dòng)接收外界給定的位置指令信號(hào)，使a、b兩相繞組實(shí)現(xiàn)雙余度驅(qū)動(dòng)，光電編碼器將檢測(cè)到的位置反饋信號(hào)送誤