【摘 要】
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永磁同步电机伺服系统在高性能场合应用越来越广泛,人们对伺服系统的控制性能提出了越来越高的要求。随着电力电子技术、传感技术、新材料技术以及电机制造技术的发展,永磁同
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永磁同步电机伺服系统在高性能场合应用越来越广泛,人们对伺服系统的控制性能提出了越来越高的要求。随着电力电子技术、传感技术、新材料技术以及电机制造技术的发展,永磁同步电机伺服系统的研究和应用取得了巨大的发展。为了进一步提高伺服系统的响应速度、抗干扰性和鲁棒性,需要对系统控制算法进行优化。永磁同步电机伺服系统的控制性能不仅受到电机参数的准确性影响,还受到负载转矩的变化等因素影响。为了使伺服系统具有良好的动态响应特性,需要对电机机械参数进行辨识,对负载转矩进行前馈补偿。
本文首先研究了基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制系统。分别在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下,分析了永磁同步电机的数学模型,介绍了位置、速度、电流三闭环矢量控制系统,阐述了空间矢量调制算法的原理,介绍了空间电压矢量的扇区划分、电压矢量作用时间,以及开关管切换时间等问题。为实验研究提供了理论基础。
其次,介绍了扰动负载转矩的观测和前馈补偿。电机施加负载转矩后,电机的转矩不仅包含负载转矩,还包含由于机械参数不准确引入的扰动转矩,二者合并为扰动负载转矩。扰动负载转矩是一个非电物理量,难以直接测量。运用状态观测器方法,可以较好的观测到扰动负载转矩。将观测结果前馈到转矩电流中,作为补偿项,可以提高系统的响应性能。
再次,分析了基于MIT自适应法则的转动惯量辨识和粘滞摩擦系数辨识。在影响伺服系统控制性能的因素中,转动惯量是一个重要的因素。本文详细介绍了转动惯量的辨识方法,在假设电机负载转矩短时间内恒定不变的条件下,运用自适应法则在线辨识转动惯量。同时,加速度作为转动惯量和粘滞摩擦系数辨识的标志条件,需要对加速度进行滤波,本文介绍了一阶低通滤波器的设计方法。
最后,本文进行了仿真和实验来验证所提出的方法的正确性和有效性。应用Matlab的SimPowerSystems仿真工具,搭建了基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制系统,并且搭建了算法仿真模块。仿真结果显示,应用该方法可以准确辨识电机机械参数、观测扰动负载转矩.系统经转矩前馈补偿后,可以有效提高响应速度和抗干扰性。在基于DSP控制的实验平台中,进行了实验验证,实验结果同样验证了算法的正确性。
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