两相冗余绕组混合式步进电机低速力矩平稳性研究

摘要

近几十年来步进电机的设计、制造和控制方面的理论逐渐达到成熟。但由于航天领域对可靠性、稳定性等性能不断提出更高要求，依然存在许多技术问题要解决。本文以航天应用中的两相混合式步进电机力矩波动问题为技术背景，研究了具有冗余绕组的两相混合式步进电机的低速力矩平稳性问题。
　　本文首先进行了两相混合式步进电机力矩波动的理论分析，从电机的本体设计和控制过程找到产生周期性波动的原因，并结合仿真验证理论分析的正确性，然后分析了改善力矩波动的方法。其次根据理论分析结果以及两相混合式步进电机的技术要求，以改善低速力矩平稳性为目标，进行了具有冗余绕组的两相混合式步进电机的电磁设计，包括结构合理选择、材料选择、电磁参数计算等。在此基础上通过三维有限元仿真验证了设计参数的正确性，并分析了电机模型中各部分的磁场分布及影响。在电机设计的基础上，以提高电机力矩密度为目标函数，并结合重要电磁参数对电机性能的影响分析，按照顺序对两相冗余绕组混合式步进电机进行了优化设计；进一步对优化后的电机的静态特性和动态特性进行仿真，验证了优化后的电机在不同工作状态下可以达到技术要求。通过对具有冗余绕组的两相混合式步进电机力矩的理论分析与三维电磁场建模计算，明确了影响电机低速平稳性的关键因素，并通过电机设计电磁计算与优化过程，分析出了改善力矩波动以及提高电机性能的方法，对进一步研制低力矩波动的工程样机提供了参考。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 步进电机分析方法

1.4 本文主要研究内容

第2章 两相混合式步进电机理论分析

2.1 引言

2.2 基本结构和工作原理

2.3 瞬时力矩数学模型

2.4 本章小结

第3章 两相混合式步进电机力矩波动分析

3.1 引言

3.2 定位力矩对力矩波动的影响

3.3 励磁电流偏差对力矩波动的影响

3.4 磁路不对称对力矩波动的影响

3.5 电流换向对力矩波动的影响

3.6 其他影响力矩波动的因素

3.7 本章小结

第4章 两相冗余绕组混合式步进电机设计

4.1 引言

4.2 步进电机设计

4.3 步进电机建模和仿真

4.4 本章小结

第5章 步进电机优化及三维电磁场仿真

5.1 引言

5.2 步进电机优化模型的确立

5.3 步进电机优化

5.4 优化后步进电机的静态特性仿真

5.5 步进电机的动态特性仿真

5.6 步进电机优化前后对比

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢