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交流永磁同步伺服电动机控制系统的研究

李敏  
【摘要】: 随着电磁材料的发展、计算机辅助设计技术和电机控制技术的进步,永磁同步电动机的性能有了很大的提高。因此,永磁同步电动机作为一种伺服系统的执行元件在各种领域都具有广泛的应用空间。 本文主要围绕永磁伺服电机控制系统的研究和工程实现而展开,文章的主要内容包括交流伺服系统的结构与特点;基于转子磁场定向的矢量控制原理和坐标变换理论,对永磁同步电动机的数学模型进行了研究和公式推导。伺服系统主控电源及控制回路的硬件介绍;同步电机转子初始化定位;系统软件的实现和调试过程、以及对系统的调试问题分析等。 首先,基于永磁同步电机的数学模型,借助于调节器的工程设计方法,完成了整个系统各环节的设计,给出其设计结果。对设计的系统进行了仿真和分析,电流环仿真结果表明,调节器的工程设计方法仍适用。但是设计的结果是基于忽略了反电动势对电流环的影响,所以设计的参数需要做适当的微调。速度环和位置环仿真结果表明,设计值和仿真结果比较接近,设计值可以为实际系统调试提供指导,可以在其基础上实现位置环的工程设计。实际中负载、转动惯量、速度限幅值等都对系统位置环的的响应产生影响,所以设计的参数需要适时调整,以获得良好的性能。 然后,构建了以DSP为核心的永磁同步电动机全数字化矢量控制系统软硬件平台。在硬件平台中详细介绍了主电路和控制电路,并完成了整个硬件平台的调试。在软件方面,完成了整套软件流程的设计,采用的是嵌入式DSP编程,并使用面向对象的模块化思想,从而提高系统软件的可移植性和可读性。 最后,在软硬件平台设计完成的基础上进行了实际系统的调试,并采用磁定位的方法完成电机转子初始化定位,并给出系统开环和电流环调试结果,对速度环和位置环进行了分析。实验表明基于转子磁场定向的矢量控制系统动静态性能较好,为下一步位置环控制提供了良好的基础。


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