控制电机推进器模块的发展

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随着科技的发展和国防需要，对水面水下航行器的动力装置要求越来越高。传统的船舶动力推进装置都是分体式设计由于体积重量大，机构复杂，维护不方便。控制电机推进器模块的出现解决了以上问题。控制电机推进器模块是将电机本体、螺旋桨以及控制电路于一身的装置，是水下航行器的主要组成部分之一，它将水下航行器所携带的能源转变为推进航行器所必需的机械能。控制电机推进器模块中集成的电动机在水中工作，可以良好的解决散热问题，但电动机的结构受到推进器结构很大的限制，结合电动机的实际工作环境，给电动机的控制带来一定的难度。论文首先对集成电机的发展现状和发展趋势进行调研，了解控制电机推进器模块的结构。对控制电机推进器模块的几种推进电机进行比较，在当前的技术下，直流无刷电机作为集成电机的推进动力装置具有优势。由于控制电机推进器模块的动力装置是无刷直流电机，具有无刷直流电机的特点，与传统的电力推进系统相比，控制电机推进器模块体积小，重量轻，噪声和振动小，散热好，效率高，维护方便。整个控制电机推进器模块结构十分紧凑，适合作为水下机器人的推进系统相比，也适合其它水下航行器的动力推进。接着对永磁直流无刷电动机进行了较为详细的分析研究，包括机械结构和数学模型，研究了直流无刷电动机的系统结构、控制规律，建立了基于非线性电感特性的方波直流无刷电动机仿真模型，对无位置传感器直流无刷电动机控制系统的起动、换相作了深入的探讨，建立了自整定模糊—PID控制器，并将其应用于无位置传感器直流无刷电动机控制系统中，得到了较好的控制效果。其次对控制电机推进器模块的控制方法进行研究，并建立了仿真模型，对比了传统的PID控制器和自适应PID模糊控制器的仿真结果，得到自适应模糊PID控制器的控制效果要比前者好。再次根据控制电机推进器模块的工作原理，设计了控制电机推进器模块的控制器，包括以DSP28335处理器为核心的硬件外围电路的设计和相应的控制软件编写。硬件包括主电路、功率驱动电路、电压、电流采样电路、逻辑控制及保护电路等电路。最后在完成硬件各个模块电路的调试后，对控制系统进行了软硬件联合调试，系统稳定运行，同时对试验中的数据波形进行了分析。