【摘 要】
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大型光学望远镜作为天文观测的一种重要工具,在天文学领域有着重要的地位。随着我国国力的逐渐提升,在国内建造一台大型光学望远镜必然是未来发展的目标。作为次镜调整机构的高性能小型Stewart平台,是建造光学望远镜的关键前提。从构型的角度Stewart平台为典型的并联结构,拥有着一般并联机构高负载、高精度的共同优点。由于此特殊的应用场合,要求Stewart平台的尺寸尽量小型化,控制系统集成化。然而市场上
【基金项目】
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山东理工大学与中国空间技术研究院合作的关于大型望远镜次镜调整机构的研究项目;
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大型光学望远镜作为天文观测的一种重要工具,在天文学领域有着重要的地位。随着我国国力的逐渐提升,在国内建造一台大型光学望远镜必然是未来发展的目标。作为次镜调整机构的高性能小型Stewart平台,是建造光学望远镜的关键前提。从构型的角度Stewart平台为典型的并联结构,拥有着一般并联机构高负载、高精度的共同优点。由于此特殊的应用场合,要求Stewart平台的尺寸尽量小型化,控制系统集成化。然而市场上常用的通用伺服驱动器的规格尺寸和控制特点,均不满足次镜调整的应用要求。因此,设计一套小型Stewart平台专用的高性能伺服驱动器,具有重要的应用价值。本文将通过研究以Stewart机构为基础的各装备的应用场景和特点,再根据项目课题的要求,选取性能优异的永磁无刷空心杯电动机作为平台支链的原动件。再为电机专用的伺服驱动器,通过研究电机的基本结构,并依据经典电机理论推导电机的数学模型、坐标变换,使电机控制原理更加简洁高效。分析用于无刷电机驱动的矢量控制的算法原理和SVPWM的公式推导及调制细节。其次,考虑电机在不同的应用场景下电气参数会发生变化的问题,探讨基于模型参考自适应法的电机多参数识别的原理,并进行仿真验证。对于电机控制中常用的三闭环控制,本文将通过电流环和速度环的数学模型的推导,进行相应等效简化。依据经典控制理论设计基于PI控制器的闭环调节器,并对于工程应用的特点推导部分参数的解析公式。针对伺服驱动器的位置环路的控制,采用基于前馈的比例控制器,根据仿真结果来验证位置环的稳态性能。本文将对伺服系统常用控制结构进行分析,选取以TMS320F28379S微控制器为核心的驱动器硬件,逆变器的构架选用预驱芯片与六个MOSFET的组合设计。并设计部分驱动控制系统的保护模块。讨论微控制器运行的主程序代码框架流程,以及矢量控制代码的实现逻辑。文章最后,通过在驱动Stewart平台的实际机械结构的实验,验证伺服系统的轴线方向的重复定位精度是否符合平台设计要求。
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