交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)、微型電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、稀土永磁材料以及電動(dòng)機(jī)控制理論的發(fā)展，交流伺服控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在交流伺服控制系統(tǒng)中，執(zhí)行元器件有三種：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和交流永磁同步電動(dòng)機(jī)。在中小功率、高精度、高可靠性、寬調(diào)速范圍的伺服控制系統(tǒng)中，永磁同步電動(dòng)機(jī)引起了眾多研究與開(kāi)發(fā)人員的青睞，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步推廣到制造系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床、電梯調(diào)速等高性能驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。本文研究的對(duì)象為永磁同步電動(dòng)機(jī)(Permane

2、nt Magnet Synchronous Motor，簡(jiǎn)稱PMSM)。
　　由于永磁同步電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)越，克服了直流電機(jī)機(jī)械式換向器和電刷帶來(lái)的一系列限制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大范圍的調(diào)速和定位系統(tǒng)中。例如電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中PMSM為驅(qū)動(dòng)裝置。PMSM體積小、重量輕、高效節(jié)能，具有多極結(jié)構(gòu)、低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，可方便地實(shí)現(xiàn)大范圍平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，可以省去齒輪減速器，提高了效率，對(duì)于運(yùn)行速度1.75 m/s、載重

3、1000kg的電梯主驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，有齒輪驅(qū)動(dòng)的電梯需配置18.5~22kW的變頻器。而采用PMSM直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，只需配置容量為11~15kW的變頻器。除在電梯中的應(yīng)用之外，PMSM控制系統(tǒng)也在機(jī)械加工設(shè)備、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置等方面得到了廣泛應(yīng)用。
　　本文首先在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立了PMSM的數(shù)學(xué)模型，然后在PMSM的數(shù)學(xué)模型和矢量控制(Field Oriented Control，簡(jiǎn)稱FOC)的理論基礎(chǔ)上，借助于仿真軟件MATLAB/Sim

4、ulink，搭建了基于SPWM-FOC及SVPWM-FOC的PMSM控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)后者加入模糊自整定PI控制算法進(jìn)行研究。其中，SVPWM(Space Vector PulseWidth Modulation)是空間矢量脈寬調(diào)制的簡(jiǎn)稱，它是一種優(yōu)化的PWM控制技術(shù)，能明顯減小逆變電路輸出電流的諧波成分及電機(jī)的諧波損耗，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電壓利用率，在交流系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
　　最后，本文完成了以TMS320F

5、2810 DSP芯片為核心的PMSM矢量控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。其中，硬件電路部分主要包括逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)理電路、隔離電路以及鍵盤顯示電路等。軟件部分主要包括電機(jī)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速及位置計(jì)算、SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)和液晶顯示等。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了本課題的實(shí)際可行性。
　　以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以PMSM為執(zhí)行電機(jī)、采用高性能控制策略的全數(shù)字化交流永磁同步控制系統(tǒng)必將成為控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。
　　本課題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為PMSM控制

6、系統(tǒng)具備了良好的調(diào)速特性。但是，PMSM矢量控制系統(tǒng)依賴于可靠的機(jī)械傳感器裝置來(lái)獲得轉(zhuǎn)子位置信息，由于機(jī)械傳感器安裝維護(hù)困難，不但增加了系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，而且還影響了系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能，降低了系統(tǒng)魯棒性和可靠性，PMSM矢量控制系統(tǒng)低成本、高精度、高可靠性的根本解決方法是去掉機(jī)械傳感器。
　　PMSM無(wú)傳感器控制就是通過(guò)先檢測(cè)電壓、電流，然后引用相應(yīng)控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子信息估計(jì)的一種技術(shù)。觀測(cè)器分析法結(jié)合現(xiàn)代控制理論（自適應(yīng)控制、變