文档介绍：摘要西南交通大学硕士研究生学位论文第交流永磁同步伺服系统以其低惯量、快响应、高功率密度、高效率、低损耗及控制简单等优点,作为执行机构已广泛应用于航空航天器、军工武器系统、数控机床、纺织机、电梯、信息系统等领域。本文首先概要地介绍了交流永磁伺服系统的发展历程,分析了当前国内外交流伺服技术的现状。通过永磁同步电机的结构给出了永磁同步电机的数学模型,并详尽介绍了交流电机控制中应用最为广泛的矢量控制技术原理及数字化实现的关键方法。在此基础上讨论了交流伺服系统的控制结构,在速度控制环中尝试引入二自由度椒ǎ迪纸涣饔磁同步伺服系统的指令跟踪性能和抗扰动性能的双优控制,改善永磁同步电机在低速运行时转矩脉动,仿真实验验证了该方法的有效性。其次,对基于的交流伺服系统硬件平台,包括控制模块、主电路以及驱动模块等的设计实现做了详尽描述,给出了控制系统的设计方案、主电路、驱动模块和信号调理模块等的设计方法。同时给出了伺服系统软件设计思想,介绍了系统主要模块的程序设计流程,完成了系统主程序及各功能模块的软件设计。并根据所选用编码器的特点,设计了一种特殊的永磁同步电机转子初始位置确定的方法。最后,完成系统并进行仿真及实验测试。对实验结果进行分析和讨论。实验证明该系统设计满足伺服系统基本要求,为后续更进一步研究奠定基础。关键词:永磁同步电机;二自由度蛔W映跏级ㄎ唬籘空间矢量;
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第绪论伺服系统发展概况西南交通大学硕士研究生学位论文“伺服淮氏涤⑽摹皊”的音译,源于拉丁语,意为奴隶、仆人。取其绝对服从命令之意,引申到现代技术领域的运动控制中即为执行机构能按照控制器发出的控制指令,准确无误地实现运动过程。一般来说,伺服系统是以被驱动机构的位置、速度、加速度等变量为控制量,使之能随指令值的变化进行追踪的控制系统【俊纵观伺服控制系统的发展史,我们可以看到伺服控制大致经历以下各个阶段:在电动机被发明之前,最早期的伺服系统采用压缩空气作为动力,年发明的鱼雷是一种能以贮气筒中的压缩空气为动力实现水深控制和方向控制伺服系统。电动机的出现使伺服系统进入了稣感碌氖贝庖皇逼诔现了步进电机及步进电机驱动液压伺服马达的电液传动等驱动方式,伺服系统的位置控制多为开环控制。相对于之前的气动伺服,系统具有响应时间短,外形小等优点,但其同时存在灵活性差、工艺要求高、维护费用高等不足。进入世纪年代,以直流电机为核心的电气伺服逐步取代电液传动。直流伺服系统兼具控制灵活,体积小、重量轻等优点,加上相关理论的成熟和随之出现的大功率电力电子器件的应用,使直流伺服在伺服系统控制领域占据统治地位。伺服系统的位置控制也由开环系统发展为闭环系统。此时,无刷电机和直流电机实现产品化,并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。但是,随着现代工业的快速发展,人们对伺服系统的要求也日益提高,直流伺服的固有缺点,如电机碳刷及换向器易磨损、体积庞大、结构复杂、成本高、响应速度慢、对现场环境适应能力差等,日益不能被人们忍受。各国学者将研究焦点对准到了曾被认为是“难于控制”的交流电机上来。世纪年代以来,伴随着微电子技术、计算机技术、传感检测技术、永磁材料及电机控制理论等一系列相关技术的发展,使交流伺服控制技术有了长足的发展,已具备了调速范围宽、稳定性能高、动态响应快等优良性能,并逐步取代直流伺服系统】【俊】。目前已出现的交流伺服系统主要包括无刷直流电机伺服系统,交流感应电机伺服系统和交流永磁同步电机伺服系统。其中,感应式异步电动机交流·
西南交通大学硕士研究生学位论文第伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固,制造容易,价格低廉,因而具有很好的发展前景,代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制,相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂,而且电机低速运行时还存在着效率低,发热严重等有待克服的技术问题,目前并未得到普遍应用。而永磁同步电机由于采用高能永磁体,具有低惯量、快响应、高功率密度、高效率、低损耗等优点,已逐步成为高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。综合伺服系统发展的经历和当前的现状,我们可以预期,高性能、全数字化、微型化、智能化势必成为今后交流伺服系统发展的趋势。新型永磁材料的研制,电机结构的改善,高性能传感器的研制,数字信号处理技术的发展等将为伺服系统的发展提供坚实的物质保证;电机及电磁理论的进一步研究、现代控制理论的进一步发展应用及软件工程的不断进步将为伺服系统的发展提供可靠的理论支撑。就控制理论而言,各国的研究人员针对交流永磁同步电机的控制策略进行了深入的研究,取得了众多可喜的成果。国立台湾大学刘天华等最早将鲁棒控制理论引入永磁同步伺服驱动中,为