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永磁同步电机伺服系统控制策略的研究

林伟杰  
【摘要】:伺服控制系统在工业控制和家用电气等领域的应用越来越广泛。而且,人们对伺服控制产品的性能、功能及性价比要求越来越高。以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机、采用高性能控制策略的全数字化永磁同步交流伺服控制系统必将成为伺服控制系统发展的趋势。 本文首先对永磁同步电机进行了建模,在研究其物理方程和等效电路的基础上,提出了永磁同步电机的数学模型。为了便于控制方案的数字化实现,建立了相应的标么值模型。 矢量控制和直接转矩控制是当前交流传动领域两种典型的控制方案。为了能够更加清楚地认识和了解矢量控制与直接转矩控制在永磁同步电机伺服系统控制性能上存在的差异,本文在分析永磁同步电机矢量控制与直接转矩控制的原理与特点的基础上,搭建了这两种控制策略的仿真模型与实验装置,并进行了大量的仿真研究与实验测试。仿真与实验结果验证,直接转矩控制的动态响应比矢量控制更加迅速,但存在较大的转矩与磁链的波动。 常规的直接转矩控制存在开关频率不固定,转矩、电流波动较大的不足之处,本文结合直接转矩控制和矢量控制的优点,提出了一种基于磁链误差观测的直接转矩控制方法,依据空间矢量PWM控制的原理,能够实现电压空间矢量的连续调节,有效减小了转矩和磁链的脉动,极大提高了系统的控制性能,仿真与实验结果证明了这种控制策略的正确性与有效性。 针对永磁同步电机伺服系统的特点,本文还设计了一种简单有效的、自适应调整PI参数的模糊位置伺服控制器,仿真与实验结果证明了该控制器能对永磁同步电机伺服系统进行精确的定位控制。 本文还研制了一种基于DSP全数字化永磁同步电机伺服控制系统试验平台。实验证明,该试验平台能对永磁同步电机伺服系统进行有效控制。


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