摘要：现阶段，推力矢量控制的实现机构主要是电动伺服机构，电动伺服机构具有投入成本低、可靠性高、维护方便、结构简单、生产周期短等特点。基于此，本文通过对电动伺服机构的双模控制原理进行分析，论述了推力矢量控制电动伺服机构双模控制系统中的电路、常规控制器、死区补偿控制器、无位置传感器起动方式的控制方法。
关键词：推力矢量控制；电动伺服机构；双模控制
前言：随着全电化概念的提出，在研究推力矢量控制过程中，电动伺服机构成为人们关注的重点。越来越多的电动伺服机构被应用在导弹研究和小型无人机飞行器中。现阶段，电动伺服机构所使用的电机主要是高速直流电机，这一类型的电机的特点是高低温不限、体积小、功率密度大。除此之外，推力矢量控制电动伺服机构的双模控制系统所工作的环境多是真空、高温以及高速运行状态。
1电动伺服机构的双模控制原理
控制电动伺服机构主要是指对其电机进行控制。其中电机在获取转子位置信号过程中，主要通过两方面，其一是有位置传感器获取转子位置信号；其二是无位置传感器获取转子位置。
第一，有位置传感器获取转子位置信号。有位置传感器是驱动电机的重要部件，它能够将转子所在位置的信息有效的转换为电信号。这些电信号被用于逆变器开关功率精准切换的控制，从而达到定子各相绕组绕组能够按照特定的程序进行导通的目的，实现换相。目前，应用的位置传感器大多是霍尔传感器，霍尔传感器的输出方式为开路输出，为了获取比较准确的信号，利用限流电阻后面的电阻将经过限流点的信号提升至供电电压之上，从而确定位置信号的最终位置。位置信号可以直接输送到控制芯中。
第二，无位置传感器获取转子位置信号。无位置传感器获取转子位置信号主要是应用反电势法原理。反电势法原理主要是将静止状态的电机启动之后，转子磁钢会快速的产生磁通，磁通会对定子绕组进行切割，从而产生反电动势。在此期间，反电动势大小与电机间隙的磁感应强度和电机的转速成正比。改变转子磁钢极性，反电动势的正负波形方向也会随着极性的改变而改变，这样就可以准确获取转子的位置，并且以此来控制驱动电机，电动伺服机构主要应用无位置传感器获取转子位置信号。
2推力矢量电动伺服机构的双模控制方法
2.1无位置传感器获取转子位置信号电路控制
无位置传感获取转子位置信号的电路主要是由RC带通滤波电路、分压电路构成。1）RC带通滤波电路的控制。在控制RC带通滤波电路时，要以电压和相移的表达式为中心进行控制，其表达式为：
V1=R1Vm/(R0+R1+jwR0R1C1)
α1=arctan[wR0R1C1/(R0+R1）]
V0=jwR2C2V1/(1+jwR2C2)
α2=-arctan（1/wR2C2）
其中V1为电压和相移的关系；RC为带通滤波；Vm为电机的某一个相端电压；w=2πf，其中f是反电动势的频率。经过上面的式子可得相频和幅频表达式：
相频表达式为:α=α1+α2=arctan[wR0R1C1/(R0+R1）]-arctan（1/wR2 C2）；幅频表达式为：|A(w)|={R1/[(R0+R1）2+(R0R1C1)2]1/2}×{wR2C2/[1+ (wR2C2)1/2]。由上述表达式可知随着滤波信号频率增加，移相变大，信号增益减小。这样在选择元件参数时要以达到上述要求的技术指标为准。2）分压电路的控制。在控制分压电路时，要以两条原则为基础，其一是流经分压电路上的电流必须要在电路中电阻的承载范围之内。其二是分压之后，端电压获取到的信号峰值一定要低于控制器电压。
2.2常规控制器的控制方法
对于推理矢量控制电动伺服机构双模控制中的常规控制器的控制主要是对伺服系统的高刚度、宽带宽进行控制，以此来保证电动伺服机构能够具有快速的相应能力和比较大的抗干扰能力。在控制过程中，可以使用K(Ts+1)/s类型的控制器对其进行控制。首先，由于常规控制器中含有纯度比较高的积分环节，机构中的电动伺服刚度可以看做是无穷大，所以系统电动伺服机构能够对电机轴上的干扰力矩进行有效的控制。其次，可以通过对参数T进行调整机构中的阻尼特性，从而控制常规控制器。常规控制器的控制能够使推理矢量控制电动伺服机构响应速度加快，同时降低其噪音的影响。
2.3非线性死区范围的控制
在推理矢量控制电动伺服机构在工作过程中，由于静摩擦力的产生，使机构在启动运行之后，会形成一个非线性死区。这个死区所作用的范围可以根据下式进行确定，eL=Ms/K,eH=Ms/K。其中Ms代表最大的静摩擦力矩的死区电压；e代表位置偏差量；K为死区补偿控制器中的比例系数。双模控制补偿的控制主要是在死区范围之外安放一个常规控制器，然后在接近死区的位置设计一个死区补偿控制器。两者之间的切换由电动伺服机构中的决策机构执行。在控制死区补偿控制器时，以常规控制器为基准，附加一个补偿项对死区进行补偿。死区补偿控制算法为:M=M0(e)-MC(e)=M0-KeC,MC(e)为补偿项；M0(e)为控制电压；其中eC的取值范围为
ec=
这样就可以有效的控制静摩擦力矩，使电动伺服机构能够达到平衡状态。
2.4无位置传感器起动方式的控制
推理矢量控制电动伺服机构的驱动电机的无位置传感器的起动控制程序非常复杂。由于电动伺服机构中驱动电机的转速和每极的磁通量直接影响着反电动势大小。如果每极磁通量始终保持不变，那么驱动电机的反电动势与电机的转速成正比关系；如果保持转速始终不变，则反电动势的大小与磁通量是正比关系。当电动伺服机构驱动电机处于低速运转或者是静止状态时，其反电动势很小或者为零，这样在检测和判断过零信号时，是无法精准确定的，即利用上文所说的反电势法原理无法准确的检测转子的位置。所以在控制无位置传感器启动方式时，可以以三段式起动法进行启动。这种方法是将斜坡升速法和预定位法紧密的结合起来，然后对启动过程进行划分，划分为三个阶段，其一是预定转子位；其二是外同步加速；其三是自同步切换。这样不但可以使驱动电机转向可控，同时又可以使电机到达预定转速之后实现自动切换，为无位置传感器起动的可靠性提供保障。
结论
综上所述，推理矢量控制电动伺服机构的双模控制原理主要指对其电机进行控制。经过上文分析可得，无位置传感器获取转子位置信号的电路控制，主要是对RC带通滤波电路、分压电路进行控制；常规控制器的控制，可以使响应速度加快，降低其噪音的影响；死区补偿控制器的控制，可以有效的控制静摩擦力矩，使其能够达到平衡状态；无位置传感器起动方式的控制，可以采用三段式起动法进行控制。因此，深入研究推理矢量控制电动伺服机构的双模控制非常重要。
参考文献
[1]张新华,黄建,张兆凯,段小帅,刘源.大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究[J].导航定位与授时,2017,4(02):41-47.
[2]郝子源,张旭,石健,肖华飞.基于任务可靠度的电动伺服机构可靠性验证试验设计[J].液压与气动,2016(09):91-98.
论文作者:穆世俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：位置论文; 机构论文; 死区论文; 转子论文; 传感器论文; 电机论文; 控制器论文; 《电力设备》2018年第16期论文;