永磁交流伺服系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和先進(jìn)的電子元器件的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)作為工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件，其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，其性能直接決定著設(shè)備的運(yùn)行能力，其應(yīng)用遍及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。我國(guó)目前使用的交流伺服系統(tǒng)絕大多數(shù)依賴進(jìn)口，制約了我國(guó)在機(jī)器人、數(shù)控技術(shù)和自動(dòng)化裝備方面的發(fā)展。數(shù)字化永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)是目前伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流。本文在國(guó)家863項(xiàng)目資助下，以推動(dòng)交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，研制開(kāi)發(fā)了一套

2、高性能、全數(shù)字的永磁交流伺服系統(tǒng)。 在推導(dǎo)了永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)系統(tǒng)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)難于精確獲得，常規(guī)控制器難于獲得較好的魯棒性和控制效果的問(wèn)題，提出了可用于永磁交流伺服系統(tǒng)電流環(huán)的抗輸出飽和內(nèi)模控制器和用于速度環(huán)上的一種簡(jiǎn)單魯棒控制器。提高了永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的魯棒性。 針對(duì)交流伺服系統(tǒng)中存在的抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)和低速下

3、的實(shí)時(shí)速度檢測(cè)這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)研究，提出了采用基于自適應(yīng)擾動(dòng)觀測(cè)器的統(tǒng)一方法加以解決。基于波波夫超穩(wěn)定性理論推導(dǎo)了一種簡(jiǎn)單的自適應(yīng)律既保證了該觀測(cè)器的穩(wěn)定性，同時(shí)也給設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了方便。該算法簡(jiǎn)單實(shí)用，無(wú)需增加額外電路。利用觀測(cè)器的觀測(cè)結(jié)果對(duì)PID控制器進(jìn)行等效補(bǔ)償，提高了永磁交流伺服系統(tǒng)抑制轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的效果。在使用增量式碼盤的PMSM交流伺服系統(tǒng)中使用該速度觀測(cè)器的觀測(cè)速度進(jìn)行速度閉環(huán)，提高了低速下的永磁交流伺服系統(tǒng)性能。 永磁

4、交流伺服系統(tǒng)的參數(shù)自整定功能是高檔交流伺服驅(qū)動(dòng)器必備的實(shí)用功能，參數(shù)自整定的性能日益提高，已經(jīng)可以取代手動(dòng)整定的過(guò)程。國(guó)內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器尚無(wú)此功能。本文提出的不基于模型的PI控制器參數(shù)自整定方法，對(duì)Kp和KI參數(shù)采用不同的策略加以整定，以提高整定的效率。而另一種采用基于起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)，結(jié)合查表方法整定PI參數(shù)。算法簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)了一套基于DSP+FPGA的高性能永磁交流伺服系統(tǒng)，并設(shè)