中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

拼接式力矩电机作为大口径望远镜跟踪控制的重要电磁元件，其各项性能指标和轴系安装工艺直接影响望远镜控制系统的精度。本论文围绕大口径望远镜拼接电机机电集成性能影响因素展开研究，主要聚焦于电机运行中影响性能的关键因素分析及相应的检测技术。研究重点包括拼接电机集成技术、轴承支撑技术、高精度位置传感技术和驱动控制技术，并对这些技术进行相应的性能分析和实验检测。
主要研究内容分为如下几个部分：
1）数学建模与分析。通过坐标变换，建立三种坐标系下的拼接电机数学模型。分析了电机-传动轴-负载所组成的三质量系统，对该电机模型进行简化并建立了电力学和动力学方程，并在MATLAB/Simulink中搭建了电机模型、伺服系统模型和主控制模型，进行了0.001rad/s和0.0001rad/s两种速度下加入最大风载扰动的仿真测试，仿真结果显示拼接电机伺服系统在低转速条件下抗扰动能力和稳态精度。
2）影响因素分析。对拼接电机在运行过程中的多个关键因素进行了综合分析，重点研究了齿槽力矩、边缘效应、磁链谐波、负载波动、轴系支撑技术、位置传感技术和驱动控制技术对电机性能的影响。通过仿真与实验，揭示了齿槽力矩和边缘效应对电机低速、高负载工况下电流波动、速度响应的影响；磁链谐波和负载波动主要影响电机的电流频谱和转速稳定性。此外，轴系支撑技术对电机的振动抑制及稳定性具有重要作用，而位置传感技术则直接关系到电机的精度、响应速度及控制精度，这些因素的综合作用决定了拼接电机的运行稳定性和效率优化。
3）搭建实验控制平台。采用通用运动和自动化控制器（Universal Motion and Automation Controller , UMAC）和相应检测设备对拼接电机转台的多项性能参数进行检测。检测的主要参数包括电机的相电阻、相电感、极对数、额定电流、力矩常数、齿槽转矩和转矩波动等，并通过这些检测数据分析了影响因素对电机性能的具体作用。
4）拼接电机实验转台性能测试。在实验平台的基础上，本文对电机的速度和精度等性能指标进行了测试，评估了电机在不同负载和工作条件下的表现，验证了数学模型与控制方法的有效性。
本研究可以为大口径望远镜拼接电机机电集成性能优化提供有效的数学模型与检测手段，并为拼接电机机电集成性能的改进提供数据支持，尤其在电机运行稳定性和效率优化方面具有重要的参考价值。