摘要：介紹了稀土永磁雙余度有限轉角力矩電動機(latm)位置伺服系統工作原理，就其系統中電氣定位、轉速與角位移測量、速度位置雙閉環及雙余度控制等進行了研究，文中給出了有關實現電路，并對系統仿真及實驗結果進行了分析，

關鍵詞：有限轉角，力矩電動機，電氣定位；直接驅動，pwm控制

中圖分類號：tm351    文獻標識碼；a    文章編號：1001-6848(2000)03-0024-03

    有限轉角力矩電動機位置伺服系統是在有限角度范圍內能快速旋轉和準確定位且具有較大出力的直接驅動系統。這種系統可在航空伺服閥、舵機作動、機器人關節、雷達天線、機載炮塔等高精度電氣伺服泵統中用于有限角度內對負載的直接驅動。國外在80年代末已將其用于航空流體推進裝置和衛星幅射儀掃描鏡機構的精密控制等高技術領域[1]，而國內僅在指針驅動方面進行過研究，由于采用彈簧定位，其精度不高、出力不大，也無法滿足高功率密度和大功率直接驅動的需要。本文介紹稀土永磁雙余度有限轉角力矩電動機位置伺服系統的工作原理，對其電氣定位、轉速與角位移測量、速度位置雙閉環、雙余度控制等關鍵技術進行了研究，結果表明，該力矩電動機由于無需減速結構，體積小、功率密度高、出力大，系統定位準確、運行精度高、頻響寬、可靠性高。

    有限轉角力矩電動機在定子上安裝電樞繞組，轉子上安裝稀土永磁體，與無刷直流電機相似，但有限轉角力矩電動機定子是一相繞組，單相結構不需要換向線路，故也叫有限轉角無刷直流力矩電動機。為了實現雙余度控制，提高系統可靠性，定子上嵌放兩套繞組，隔槽嵌放，電動機結構如圖1所示。定子共14個槽，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個線圈組成。為了利于電氣定位，每套繞組有一個線圈作為定位繞組，3個線圈串聯后作為工作繞組，另外，為了減小齒槽效應，定子采用斜槽結構。

    該有限轉角力矩電動機位置伺服系統由繞組電機、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，用于電機速度和角位移量檢測。系統正常工作時為雙余度，當一個余度故障時，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，其系統雙余度控制原理圖如圖2所示。

    本系統用第一套繞組第一個線圈1-8和第二套繞組的第三個線圈6-13作為定位繞組，fi、fz為兩套定位繞組軸線，即磁勢位置。設轉子機械零位處于f1、f2夾角的平分級f處（合成磁勢位置），即oo。那么電動機在有限角度一伊～+口內的運動就以00作為基準做正反向轉動，所以雙余度a、b兩套繞組工作時的機械零位都應以該o。作基準。對于a相繞組，其電氣定位方法是讓sll、s12,兩個繼電器常開觸頭同時閉合。1-8線圈從27v直流母線上取電，轉子零位旋轉到與fi對齊，經過一段延時后，sll、s12同時斷開，初定位完成。同時s13閉合，主功率電路上電，由一固定pwm信號來驅動逆變器i的t1、l(或t、t3)管，將27v脈沖方波加于3個線圈串聯的a-a相繞組上，使電機逆時針旋轉．當轉子零位經過f1、f2夾角平分線f時，用光電編碼器的參考信號z（z信號可提前調節標定到f1、f2的夾角平分級f附近）去觸發雙余度控制器中的觸發器使其計數器清零置位，從而實現機械零位與電氣零位的統一，完成全部電氣定位。尋找z信號的轉速可由該pwm信號的占空比來調節，一旦調定，將不再改變。電氣定位每次只能由一套繞組進行，而且每次上電后系統自動定位，工作中間不再定位。如果采用b相定位，可由6-13線圈實現初定位，尋找z信號過程只是順時針轉動。

    定位完成以后，控制器自動接收外界給定的位置指令信號，使a、b兩相繞組實現雙余度驅動，光電編碼器將檢測到的位置反饋信號送誤