机器人用无框力矩电机设计

本文属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的详细学术报告：

主要作者及研究机构

该研究由乔俊福、杨瑞峰、郭晨霞和张鹏共同完成，他们分别来自中北大学仪器与电子学院以及中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室。该研究发表于《计算机仿真》期刊，2017年3月第34卷第3期。

学术背景

该研究的主要科学领域是电机控制技术，特别是无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）的力矩控制。研究的背景是航空飞行器舵机的地面半实物仿真中，负载模拟器的精度和动态性能对飞行器性能的模拟至关重要。传统的力矩控制方法存在控制误差大、动态性能不佳的问题，因此本研究旨在提出一种新的控制方法，以提高负载模拟器的加载精度和动态性能。

研究流程

1. 问题分析：首先，研究分析了传统力矩控制方法的不足，特别是忽略了多余力矩的电压平衡方程，导致控制效果不理想。
2. 理论推导：基于科尔摩根理论，研究提出了新的力矩控制方法。通过计算电机多余力矩的传递函数，推导出负载模拟器中电机惯性多余力矩的数学模型。
3. 模型建立：选取科尔摩根模块化直驱旋转（DDR）电机作为负载模拟器的执行机构，建立了DDR电机的电压平衡方程，并完成了无刷电机力矩控制模型的建立。
4. 实验验证：通过实验验证了所提方法的有效性，比较了其与PID控制方法在抑制电机多余力矩和鲁棒性方面的表现。

主要结果

实验结果表明，基于科尔摩根理论的力矩控制方法在抑制电机多余力矩方面表现优异，鲁棒性优于传统的PID控制方法。具体数据表明，科尔摩根方法在静态扭矩加载精度上显著优于PID方法，误差更小，控制效果更稳定。

结论与意义

该研究提出了一种基于科尔摩根理论的负载模拟器中无刷直流电机力矩控制方法，有效解决了传统方法中多余力矩控制不理想的问题。该方法不仅提高了负载模拟器的加载精度和动态性能，还为航空飞行器舵机的地面仿真提供了更可靠的技术支持。

研究亮点

1. 创新性：提出了基于科尔摩根理论的力矩控制方法，解决了传统方法中多余力矩控制不理想的问题。
2. 实验验证：通过实验验证了方法的有效性，证明了其在抑制多余力矩和提高鲁棒性方面的优势。
3. 应用价值：该方法可广泛应用于航空飞行器舵机的地面仿真，提高仿真精度和动态性能。

其他有价值的内容

研究还详细分析了传统方法的不足，并通过理论推导和实验验证，展示了新方法的优越性。此外，研究还提供了详细的数学模型和实验数据，为后续研究提供了参考。

综上所述，该研究在电机控制领域具有重要的理论和应用价值，为负载模拟器的精度和动态性能提升提供了新的解决方案。