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直线旋转永磁作动器是一种新型的两自由度作动器,具有结构简单、维护方便、控制精确等优点,拥有广阔的工程应用前景,已经成为多自由度作动器研究领域的一个热点。研究直线旋转永磁作动器的控制系统及其控制方法,具有重要理论意义与工程应用价值。
本文首先详细介绍了直线旋转永磁作动器的国内外研究现状,分析了现有直线旋转作动器的结构及其性能特点,阐述了直线旋转永磁作动器控制相关领域的发展状况。以一种新型直线旋转永磁作动器为基础,分析了其结构及运行原理,基于磁路法推导出了其数学模型;研究了直线旋转永磁作动器在不同运动方式下的步进控制策略,并给出了步进控制方式的通电相序表。
针对直线旋转永磁作动器的特点及技术要求,设计了控制系统整体设计方案。采用模块化设计,研制了基于双DSP及双口RAM的以数字化测量、高速运算及实时控制为核心的控制系统硬件电路。具体给出了各个模块的硬件电路设计方案,并对其功能及工作原理进行了详细的分析。采用C语言编写了控制系统的软件系统,采用模块化结构,实现电量监测、速度及位置测量、按键控制等功能。
最后,搭建了直线旋转永磁作动器实验平台,进行了控制系统的硬软件测试,实现了直线旋转永磁作动器的开环和闭环步进控制方式下的直线、旋转、螺旋运动。实验结果证明,本文所研制的控制系统能够实现直线旋转永磁作动器的运动控制,并达到良好的控制效果。