论文摘要
随着现代控制理论、电力电子技术、计算机技术的发展,永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统以其高控制精度、高可靠性得到了广泛的应用。然而,由于受电机参数变化、负载扰动等因素的影响,要获得高性能的永磁同步电机伺服系统,必须设计高精度和高可靠的伺服控制器,使系统具有较强的适应性和较强的抗干扰能力。本文给出了矢量控制的原理,分析了各种电流控制策略的优缺点和适用范围。给出了基于矢量控制的磁场定向控制的原理及电机模型,并且建立了该控制方法下的伺服控制系统的频域模型。对于采用矢量控制方法的伺服控制系统,对输出力矩的控制就是对电机电流的控制。本文首先给出了电流调节器的工程设计方法,包括电流调节器形式和参数设计,并对影响电流环性能的因素进行了分析。针对影响电流环性能的零点漂移和电枢反电势,给出了减小影响的办法。仿真和试验结果表明采用过调制技术能有效降低电机高速运行时反电势的影响。高性能的交流伺服系统需要精确并且快速的速度响应。本文给出了速度调节器的工程设计方法,包括速度调节器形式和参数设计。通过负载观测器补偿了负载扰动对电机速度的影响,对速度环的动态性能进行了优化。分析了伺服电机的低速问题,给出了简单可行的减小低速时速度反馈误差的办法。交流伺服系统需要准确获得转子的位置信息,本文针对增量式光电编码盘的安装问题导致的位置信号误差,给出了两种光电编码盘的调零方法,减小了位置反馈信号误差。研究了电机启动时转子位置的获得方法。硬件结构是构成高性能伺服控制系统的基础。本文设计了基于DSP的数字伺服控制器,给出了功率电路的检测和保护电路。介绍了模拟电流环和数字速度环的整体结构。试验结果验证了所提优化设计方法的可行性。