● 摘要
随着平流层的战略价值逐渐凸现，能够长期滞留在平流层内的平流层飞行器由于潜在的巨大的军用及民用价值，成为各国研究的重点。现在研究的平流层飞行器主要包括平流层高空气球、平流层飞艇、太阳能平流层无人机等。这些飞行器组成复杂，在上面存在许多执行部件，这些执行部件多采用直流电机作为驱动系统。然而，平流层恶劣的工作环境使直流电机发生故障的可能性增大，低温低压的环境超过了大多数芯片的工作范围。因此，本文结合平流层飞行器的具体工作环境，设计出了一种高可靠性的直流电机及其控制系统，并给出了具体的电路设计方法。
本文首先在研究双余度直流电机结构及其调速原理的基础上，提出了双余度直流电机的工作模式、故障模式和相应故障的解决方案。然后给出双余度直流电机的具体控制方案，分析了在此方案下双余度直流电机的可靠性，提出了双余度直流电机PI的控制方法。
在以上研究的基础上，建立双余度直流电机和电力拖动的数学模型，应用MATLAB/SIMULINK仿真模块对双余度直流电机及其控制系统进行仿真。
最后，结合平流层飞行器的具体工作环境，设计以TI公司生产的DSP TMS320F2812电机控制专用芯片为控制核心的硬件电路。电路主要包括电机驱动电路、DSP控制电路、信号调理电路。本文对这三个模块中比较关键的部分进行了详尽的介绍，同时考虑了电磁兼容的要求，提出了放置元器件和布线的具体方法。