论文摘要
随着技术的进步和整个工业的不断发展,工业机械自动化设备对伺服系统的高速化、高精化和小型化的要求也越来越高,伺服系统的发展水平已经成为一个国家现代化工业实力的重要标志之一。目前,在高精度、宽调速范围的伺服系统应用中,永磁同步电动机(PMSM)伺服驱动器正发挥着重要的作用。例如：印刷设备、纺织设备、数控机床、工业机器人、航空航天、雷达和各种军用武器随动系统等。数学模型是实现永磁同步电动机伺服控制的基础。本文对永磁同步电动机的三相数学模型进行了深入研究和详细推导,并利用合成电流矢量幅值相等的原则给出了旋转坐标系下的永磁同步电动机的数学模型,在此基础上选择基于转子磁场定向id=0的矢量控制策略,实现了励磁电流与转矩电流的完全解耦。控制器参数的设计是实现永磁同步电动机伺服控制的关键。本文利用西门子公司的模最佳及对称最佳整定方法对电流环、速度环、位置环控制器参数进行了整定,并进行了Matlab仿真分析,为控制器参数的设计提供了理论依据。硬件电路是实现永磁同步电动机伺服控制的先决条件。本文针对伺服驱动器的功能及结构特点,设计了一套基于TMS320F2808数字信号处理器的400W小功率伺服驱动器的硬件电路,并在此基础上进行了实验验证,通过实验证明该硬件电路设计合理、性能优良。Matlab仿真是是实现永磁同步电动机伺服控制的重要指导。本文利用Matlab/Simulink仿真软件对永磁同步电动机转速、电流双闭环系统进行了仿真研究,证明了控制策略的可行性和正确性。转子初始定位是实现永磁同步电动机顺利起动的关键技术。本文利用增量式光电编码器上发出的U、V、W信号对转子初始位置进行了粗略估计,从而实现了永磁同步电动机的自起动。最后,完成了系统控制软件的编写,在系统实验平台上对控制策略进行了实验验证,分析了实验结果。实验结果表明本文所设计的伺服驱动器硬件和软件设计合理,系统响应迅速,具有优良的动、静态特性,可获得优良的位置跟踪效果。