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工业机器人交流伺服驱动系统设计

牛宗宾  
【摘要】:最近几年,特别是经济危机以来,随着工业技术的迅速发展,为了节约成本、提高生产效率,工业机器人被大量的应用到了锁螺丝、注塑、机械制造等工业领域。永磁同步电动机由于自身的结构及运行特点,成为工业机器人的首选驱动设备,交流伺服驱动系统性能的好坏将直接影响到工业机器人系统的控制性能,因此设计一款工业机器人交流伺服驱动系统是本课题的迫切要求。本文采用TI公司电机控制专用芯片TMS320F2812作为核心控制器,设计了工业机器人交流伺服驱动系统硬件电路。 交流伺服驱动系统中,选用电流、速度双闭环控制结构。电流环作为交流伺服驱动系统的内环,采用经典的PI控制器实现快速稳定的系统转矩控制,转速环作为交流伺服驱动系统的外环,不仅要实现控制系统的快速跟踪,还要给电流内环提供电流给定,其控制性能的好坏直接影响整个交流伺服驱动系统的系统性能,因此,结合模糊控制与经典PI控制技术,设计了模糊自整定PI控制器,克服控制系统中的各种不稳定因素,为工业机器人交流伺服驱动系统提供更好的动态控制性能。 本文分析了坐标变换原理,并据此建立了交流永磁同步电动机的理想数学模型。分析各种交流伺服驱动系统控制策略,对空间矢量脉宽调剂技术原理进行分析,搭建永磁同步电动机电流、转速双闭环id=0矢量控制系统模型,进行仿真分析。为了解决工业机器人系统中的频繁起停以及负载突变引起的影响,研究了PMSM的电机转子初始位置检测方法和转速检测方法,提出了一种软件制动与直流制动相结合的快速制动方法,结合模糊控制理论设计了速度环模糊自整定PI控制器,搭建模糊PI自整定仿真模型,对系统进行仿真分析。 本文设计了交流伺服驱动系统各部分硬件电路,并研究了软件设计方法。


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