无刷直流电机余度控制技术讲座.ppt

无刷直流电动机的余度控制技术 西北工业大学 简介 伺服作动器是飞行控制系统的执行机构，亦称舵机（Actuator）。 舵回路是由伺服放大器和舵机（含各种传感器）组成的伺服系统，伺服放大器按照飞控计算机输出指令对飞行器的舵机进行控制，从而操纵各舵面进行直接（复合舵机型）或间接（辅助舵机型）控制。 根据动力源的不同，作为飞控系统关键驱动部件的舵机，经历了气动舵机、液压舵机，气动舵机和液压舵机具有优良的动态特性，容易实现大功率推力作动，因而在相当长的一段时间内得到了广泛的应用。但由于飞控系统一般要求具有高精度、高灵敏度、高可靠性和好的维护性，而该类舵机存在结构复杂、加工精度高、质量大、成本高、维护性差，以及与飞控计算机可传递的信息量相对较少等缺点。随着现代先进的多/全电飞机（More /All Electrical Aircraft，M/AEA）操纵系统对功率电传（Power By-Wire, PBW）技术的深入研究，电动舵机（Electromechanical Actuator, EMA）已成为新型飞控系统的研发主题。 简介 采用新型伺服电机及伺服放大器控制的EMA已成为各国航空航天等军事技术领域的热门研究课题。如：美国NASA先后在F15、F16、 F18战斗机和C41运输机中试验了新型EMA；英国国防部在未来攻击机系统（Future Offensive Aircraft System, FOAS）中重点考虑使用EMA，并改进“阵风”（Rafale）/EF2000；空中客车（Airbus）公司联合多家国际航空企业也在进行应用于大型民用客机的EMA试验研究工作；波音（Boeing）公司正在积极地探讨EMA用于新一代大型干线飞机的优势与可行性问题。 简介 国内从上一世纪八十年代，电动舵机在直升机、无人机、导弹等飞行器的操纵系统中获得应用，到目前基本上都是采用电刷直流电动机（Brush DC Motor，BDCM）甚至交流电机作为执行电机，而且是单余度工作。通过大减速比传动装置后，驱动飞机舵面在一定角度内作高频可逆运行，实现自动飞行控制。目前，电动舵机采用电刷直流电动机已经实用化，如中航一集团618所、中航二集团242厂等均可提供上天产品。 简介 但是由于电刷直流电动机存在机械电刷和换向器，容易产生噪声、火花和电弧引起的射频干扰，而且电刷和换向器之间的机械磨擦容易在电机换向器表面形成积炭，导致电机绝缘下降，电刷磨损还会导致电机换向恶化，可靠性降低，维护性变差，寿命缩短。在飞机空中格斗、超低空和高高空飞行中，需要准确、快速地实现复杂飞行轨迹控制，电刷直流电动机已极不适应现代高性能飞机要求高可靠性、长寿命和良好的维护性等要求。 简介 以稀土永磁无刷直流电动机（Brushless DC Motor，BLDCM）为代表的电动舵机研究正在成为先进飞机新的舵机执行元件。如法国的“美洲豹”直升机（Helicopter）和美国的联合制导攻击弹（Joint Direct Attack Munition，JDAM）以及“捕食者”、“全球鹰”等高空无人飞机（Unmanned Aircraft，UMA）均采用了直流无刷电动机作为执行元件，以替代原来电刷直流电动机。 简介 一般飞机舵回路共有三个舵机，分分别为方向舵、升降舵、副翼舵。为了提高舵回路的可靠性，三个舵回路均采用电气双余度（双通道），舵回路是飞控系统的关键设备，其可靠性和先进性至关重要。 舵回路的功能是接收飞机上飞控计算机发出的控制指令，经过三通道舵回路系统伺服放大器（装在一个机箱内）的信号处理、综合控制与功率放大，进而驱动相应舵回路的双余度永磁无刷直流电动机和舵机，改变相应回路舵面的输出转角来操纵飞机的飞行方向，以改变飞机的姿态和航向，实现飞控系统对飞机的自动飞行控制。 双余度电动舵机系统组成 系统组成： 双余度无刷直流电动机本体（含双余度转子位置传感器） 双余度伺服控制器（每个余度均为位置、速度、电流三闭环控制） 舵机为大传动比齿轮减速器，通过输出轴上的钢索带动飞机多面正/反向运动。 舵面位置角度传感器采用双联塑料传感器 速度传感器采用交流测速发电机 左右门限开关采用微动开关 电磁离合器 双余度无刷直流电动机系统组成框图 双余度无刷直流电动机系统组成图 双余度无刷直流电动机 电机本体： 定子：冲片为12槽，双余度均采用隔槽嵌放式三相集中整距绕组， Y型接法。 转子：采用大极弧系数瓦片磁钢，稀土永磁磁钢，径向充磁，2对极。 转子位置传感器： 传感器：小封装开关型三端Hall位置传感器。 传感器敏感磁钢： 采用与转子主磁钢一样的瓦片磁钢（厚1.3），轴向充磁，2对极。 双余度无刷直流电动机 双余度无刷直流电动机控制技术 1、双余度控制的基本思想： 系统全部为——电气双余度。双余度采用