高性能永磁同步电机伺服系统控制策略研究

• 作 者: 樊国权
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 进给伺服系统 参数辨识 降阶负载转矩观测 PI-PD控制器

目前数控机床进给系统的驱动多采用永磁同步电机（PMSM）伺服系统，进给系统的实质是永磁同步电机伺服系统的位置控制，所以伺服系统的性能与进给系统的性能息息相关。研究高性能的永磁同步电机伺服系统控制策略，可以提高进给系统的切削精度与工作效率，本论文针对此问题进行了如下研究：首先，建立永磁同步电机在不同坐标系下的数学方程，分析能满足进给系统性能要求的PMSM矢量控制方案以及电流控制方案。针对PMSM的机械电气参数对设计电流控制器、速度控制器以及位置控制器的影响，提出了适合进给系统的同步电机参数辨识方案。其次，为了提高进给系统的抗负载扰动能力，论文采用降阶观测器测量负载波动，并补偿到电流环中的设计方案。降阶负载转矩观测器相比全阶负载转矩观测器，结构简单，稳定性好。从仿真和实验两个角度验证，加入电流环前馈补偿后，由于负载突增突减而引起的转速波动被充分抑制。再次，为了解决PID控制器响应时间和超调之间的矛盾，提出一种PI-PD控制器，仿真和实验表明，在位置伺服中采用此种控制器可以减小动态误差，有效提高系统位置控制精度。最后，搭建基于英飞凌32位高性能单片机TC1767为核心的PMSM伺服系统控制平台，主要编写软件控制算法，实现对伺服电机的高性能控制。从最后实验的结果可以看出，基于降阶负载转矩观测器的电流环前馈补偿方案，鲁棒性好，抗扰能力强，适用于进给系统；PI-PD控制器可以提高伺服系统定位精度，有很好的跟随特性。