摘要
光电吊舱作为机载装备的重要部件，具备对监测目标的跟踪、制导等功能，其性能容易受沙尘、风阻、电磁等应用环境因素的影响。永磁力矩电机与驱动装置是光电吊舱的关键部件，其性能决定光电吊舱探测的精度与可靠性。因此，研究带载状态下力矩电机驱动精度成为光电吊舱领域的热点方向。 本论文是贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2021]一般 280)的子课题研究内容，以贵州某公司研制的吊舱永磁力矩电机为研究对象，重点研究永磁力矩电机控制策略和驱动装置，旨在提高控制系统的目标跟踪性能、抗扰性能。具体工作内容如下： 1. 建立了吊舱永磁力矩电机在同步旋转坐标系下的数学模型，以矢量控制为核心搭建控制系统，分析了转子位置检测中开关霍尔传感器和旋转变压器的检测原理，基于吊舱永磁力矩电机的工作环境，研究了电机内部参数以及不确定的负载的变化对吊舱永磁力矩电机控制性能的影响，为后续研究提供了理论基础。 2. 针对传统PI控制存在目标跟踪滞后以及可靠性差的问题，提出了一种基于串联PI位置前馈的改进方法，采用串联PI拓扑结构优化了控制器参数整定过程，引入前馈控制提高位置环的响应速度，并通过扩展卡尔曼滤波算法提高了获取转子位置、速度信息的可靠性。基于MATLAB/Simulink仿真结果分析，改进后的PI控制策略减小了超调量并且增强了目标跟踪精度，在正弦响应下跟踪误差最大为0.092rad，但在遭受负载变化时，抗扰性能较差。 3. 为了增强控制系统的抗扰性能，提出了一种基于改进线性自抗扰的抗扰控制策略，在控制器中引入跟踪微分器解决PID中存在快速性与超调的矛盾，并利用分数阶理论改进线性状态误差反馈控制律，提高了控制系统的抗扰能力。仿真结果表明：在速度控制模式中，实现了无超调并且响应时间缩短了5倍；在位置控制模式中，位置峰值波动降低了4倍；在时变负载扰动下跟踪精度可达到97.66%，具有较强的抗扰性能。 4. 根据光电吊舱控制性能参数与指标，设计了 STM32 为控制核心的驱动装置，并通过KISTLER扭矩传感器搭建实验平台，对本论文所设计的控制策略及其驱动装置进行实验验证。实验结果表明，所设计的控制策略和驱动装置在速度、位置跟踪性能测试中具有良好的跟随性，稳态时转速偏差率小于2%、位置波动在0.08°之间，在遭受负载扰动时，具有较小的波动幅度，验证了在实际工程应用中的有效性。
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