基于Simulink仿真的用戶星天線控制系統(tǒng)分析
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1．3 二相混合式步進(jìn)電機(jī)
混合式步進(jìn)電動機(jī)具有步距角較小，分辨率高，控制電流小，功耗低等優(yōu)點，作為控制用電動機(jī)和驅(qū)動用電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。在用戶星天線跟蹤控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)和星上環(huán)境要求，選擇二相混合式步進(jìn)電機(jī)作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件。
對于二相混合步進(jìn)電機(jī)，在不計定子極間和端部的漏磁，不計永磁體回路的漏磁，忽略磁滯和渦流的影響，忽略飽和的影響，忽略定子線圈自感的諧波分量，且繞組自感及繞組間互感不隨轉(zhuǎn)子機(jī)械角的變化而變化，步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以描述為：
這里諧波減速器簡化為一個減速比為N的剛性環(huán)節(jié)，并把負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量向驅(qū)動端折算。式中，UA，UB分別表示施加在A相、B相繞組兩端的電壓；iA為A相電流，iB為B相電流；LA為A相電感，LB為B相電感；τ為變化的轉(zhuǎn)矩；p是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；ke為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Tdm為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)動慣量，包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載等效轉(zhuǎn)動慣量；D為粘性摩擦系數(shù)；Ddθ／dt是包括風(fēng)損、機(jī)械損在內(nèi)的摩擦轉(zhuǎn)矩，它也包含磁滯渦流所致的二次電磁效應(yīng)；T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；θ為電機(jī)輸出角度。
為滿足天線控制系統(tǒng)高穩(wěn)定性和高可靠性的要求，選用的驅(qū)動主電路結(jié)構(gòu)是H橋電路，驅(qū)動方式為斬波恒流驅(qū)動和電流細(xì)分驅(qū)動。為了使二相混合步進(jìn)電機(jī)有恒定轉(zhuǎn)矩的輸出，需要精確控制繞組電流，在驅(qū)動電路中引入電流閉環(huán)，這樣就可以實現(xiàn)精確的電流控制。電流控制器根據(jù)繞組實際電流和給定電流的差值，通過H橋?qū)崿F(xiàn)電流斬波控制，輸出繞組電壓信號。本文驅(qū)動方式采用帶有電流細(xì)分的斬波恒流驅(qū)動，給定繞組電流為：
式中：im為給定電流最大值：k為轉(zhuǎn)子步數(shù)；，n為細(xì)分?jǐn)?shù)。
圖3為二相混合式步進(jìn)電機(jī)的階躍響應(yīng)。可以看出，輸出在平衡位置有輕微的抖動，這是因為步進(jìn)電機(jī)是以離散的方式運行的，所以電機(jī)的步進(jìn)角即為電機(jī)的最小前進(jìn)角度，因此可能電機(jī)無法完全運行到給定位置，造成了轉(zhuǎn)子在平衡位置來回震蕩。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159961.htm
2 仿真分析
根據(jù)前面的分析，在Simulink里面建立了天線控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖4所示，控制器采用速度PID控制，當(dāng)角度偏差較大時，則轉(zhuǎn)速也隨之增大，電機(jī)以限定的最高轉(zhuǎn)速運行，使得位置偏差減小，這樣可以提高系統(tǒng)的輸出特性?？刂破鲄?shù)kp=1．2，kI=0．004。
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