【摘 要】
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空间站螺钉旋拧工具是空间站建设、舱内维护以及宇航员出仓维修等任务所需的重要工具之一。人工旋拧螺钉方式在空间站中很难实现,而且螺钉最终的拧紧程度并不能保持一致。传统的电动螺钉旋拧工具使用无刷直流电机作为动力机构,采用电流控制的方法无法保证旋拧速度的稳定性。本文针对永磁同步电机驱动的电动螺钉旋拧工具开发了一套控制系统,提高了螺钉旋拧过程的平稳性,并且对控制系统中的软硬件进行加固以适应空间站中的电磁辐射
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空间站螺钉旋拧工具是空间站建设、舱内维护以及宇航员出仓维修等任务所需的重要工具之一。人工旋拧螺钉方式在空间站中很难实现,而且螺钉最终的拧紧程度并不能保持一致。传统的电动螺钉旋拧工具使用无刷直流电机作为动力机构,采用电流控制的方法无法保证旋拧速度的稳定性。本文针对永磁同步电机驱动的电动螺钉旋拧工具开发了一套控制系统,提高了螺钉旋拧过程的平稳性,并且对控制系统中的软硬件进行加固以适应空间站中的电磁辐射环境。首先在分析螺钉旋拧工具结构及运行过程的基础上,设计了机构的过程控制方案,确保螺钉旋拧功能的实现。并且针对工具在工作过程中出现的振动现象,深入分析在不同工作阶段造成振动的原因,在旋拧启动阶段采用矢量控制和谐波电流抑制相结合的方法,在矢量控制的基础上增加谐波电流环以减小机构动力装置--PMSM的速度波动;在旋拧密接阶段使用基于卡尔曼滤波的负载转矩观测器,完成对负载的观测及补偿来提高密接阶段的平稳性。其次分析系统功能需求,以DSP28335为主控芯片,完成控制系统硬件设计,并且对控制器硬件加进行了加固处理,给出了详细的电路原理图。而后,进行控制系统软件设计。给出了软件系统的总体方案设计,明确软件系统中各个功能模块之间的相互协调关系。同时对控制系统进行软件加固以更好的适应空间站环境。最后搭建实验平台,对该控制系统的性能进行实验验证。实验结果表明,该控制系统可以带动工具完成旋拧螺钉的功能,与常规控制方法相比,在启动阶段电机速度波动幅度降低了50%,在密接阶段电机速度波动幅度降低了30%,机构振动幅度大为减小。
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