摘要：介绍了稀土永磁双余度有限转角力矩电动机(latm)位置伺服系统工作原理，就其系统中电气定位、转速与角位移测量、速度位置双闭环及双余度控制等进行了研究，文中给出了有关实现电路，并对系统仿真及实验结果进行了分析，

关键词：有限转角，力矩电动机，电气定位；直接驱动，pwm控制

中图分类号：tm351    文献标识码；a    文章编号：1001-6848(2000)03-0024-03

    有限转角力矩电动机位置伺服系统是在有限角度范围内能快速旋转和准确定位且具有较大出力的直接驱动系统。这种系统可在航空伺服阀、舵机作动、机器人关节、雷达天线、机载炮塔等高精度电气伺服泵统中用于有限角度内对负载的直接驱动。国外在80年代末已将其用于航空流体推进装置和卫星幅射仪扫描镜机构的精密控制等高技术领域[1]，而国内仅在指针驱动方面进行过研究，由于采用弹簧定位，其精度不高、出力不大，也无法满足高功率密度和大功率直接驱动的需要。本文介绍稀土永磁双余度有限转角力矩电动机位置伺服系统的工作原理，对其电气定位、转速与角位移测量、速度位置双闭环、双余度控制等关键技术进行了研究，结果表明，该力矩电动机由于无需减速结构，体积小、功率密度高、出力大，系统定位准确、运行精度高、频响宽、可靠性高。

    有限转角力矩电动机在定子上安装电枢绕组，转子上安装稀土永磁体，与无刷直流电机相似，但有限转角力矩电动机定子是一相绕组，单相结构不需要换向线路，故也叫有限转角无刷直流力矩电动机。为了实现双余度控制，提高系统可靠性，定子上嵌放两套绕组，隔槽嵌放，电动机结构如图1所示。定子共14个槽，其中7、14为空槽，1、3、5为第一套绕组上层边，8、10、12为其下层边，同样2、4、6为第二套绕组上层边，9、11、13为下层边，这两套绕组分别称为a-a和b-b，这样每套绕组由3个线圈组成。为了利于电气定位，每套绕组有一个线圈作为定位绕组，3个线圈串联后作为工作绕组，另外，为了减小齿槽效应，定子采用斜槽结构。

    该有限转角力矩电动机位置伺服系统由绕组电机、双余度控制器和单余度位置传感器三部分组成，其中传感器采用增量式光电编码器，用于电机速度和角位移量检测。系统正常工作时为双余度，当一个余度故障时，另一余度仍能正常工作且保证足够的出力，两余度控制电路相似，其系统双余度控制原理图如图2所示。

    本系统用第一套绕组第一个线圈1-8和第二套绕组的第三个线圈6-13作为定位绕组，fi、fz为两套定位绕组轴线，即磁势位置。设转子机械零位处于f1、f2夹角的平分级f处（合成磁势位置），即oo。那么电动机在有限角度一伊～+口内的运动就以00作为基准做正反向转动，所以双余度a、b两套绕组工作时的机械零位都应以该o。作基准。对于a相绕组，其电气定位方法是让sll、s12,两个继电器常开触头同时闭合。1-8线圈从27v直流母线上取电，转子零位旋转到与fi对齐，经过一段延时后，sll、s12同时断开，初定位完成。同时s13闭合，主功率电路上电，由一固定pwm信号来驱动逆变器i的t1、l(或t、t3)管，将27v脉冲方波加于3个线圈串联的a-a相绕组上，使电机逆时针旋转．当转子零位经过f1、f2夹角平分线f时，用光电编码器的参考信号z（z信号可提前调节标定到f1、f2的夹角平分级f附近）去触发双余度控制器中的触发器使其计数器清零置位，从而实现机械零位与电气零位的统一，完成全部电气定位。寻找z信号的转速可由该pwm信号的占空比来调节，一旦调定，将不再改变。电气定位每次只能由一套绕组进行，而且每次上电后系统自动定位，工作中间不再定位。如果采用b相定位，可由6-13线圈实现初定位，寻找z信号过程只是顺时针转动。

    定位完成以后，控制器自动接收外界给定的位置指令信号，使a、b两相绕组实现双余度驱动，光电编码器将检测到的位置反馈信号送误