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无刷直流伺服电机辨识和转矩脉动抑制的研究

蔡东升  
【摘要】:随着现代电力电子技术、传感器技术的发展和永磁材料性能的不断提高,无刷直流电机伺服系统在高性能运动控制领域越来越受到重视。无刷直流电机具有控制简单、输出扭矩大、动态性能好、安全可靠等突出优点,但是其固有的转矩脉动问题影响了其位置控制精度,对于转矩脉动抑制的研究,可以改善无刷直流伺服的稳态性能。现有伺服驱动器的通用性有限,往往一台电机只能搭配一种型号驱动器,因此对电机参数的辨识具有现实意义。 基于上述两个问题的研究,设计无刷直流伺服电机相序检测和参数自适应辨识方法,设计了换相转矩脉动抑制的控制算法。最后利用现有实验平台进行了实验测试。本课题主要研究内容如下: (1)研究无刷直流伺服电机参数辨识方法。首先设计电机相序检测的方法,利用反电动势与HALL信号的关系,提出基于线间反电动势测量相序的方法,实验结果表明测试方法简单有效;其次设计参数辨识的方法,提出将模型参考自适应方法应用于无刷直流电机参数辨识中,介绍了模型参考自适应的原理,构建无刷直流伺服电机自适应模型,推导自适应率,设计仿真模型,仿真结果表明,在电阻已知的情况下,辨识出的电感和反电动势常数准确度很高,方法有效。 (2)研究换相转矩脉动的抑制方法。首先介绍了120°运行方式下,PWM调制方式,通过公式推导量化不同调制方式下产生的转矩脉动,仿真结果表明四种调制方式中,PWM-ON调制方式产生的转矩脉动最小。其次分析了换相转矩脉动产生的原因,进而根据转矩脉动的特性提出一种抑制转矩脉动的方法。该方法利用电流预测控制策略,在换相时刻对3相电流进行补偿调节,仿真结果表明基于电流预测算法的转矩脉动抑制效果优于仅采用PWM-ON调制方式的控制策略。 (3)设计无刷直流伺服控制器的软件。首先介绍了控制器的主要硬件电路,包括电源电路、功率电路和功率驱动电路;最后设计软件实现转矩脉动抑制和电机稳定运行,主要包括系统自检、系统初始化、中断子程序、AD采样、控制时序程序、电流预测算法程序、电流PI调节程序等。 (4)搭建伺服系统实验平台。利用现有硬件平台,测试无刷直流跟踪伺服关键技术-转矩脉动抑制的实际效果,实验结果表明输出转矩平滑。


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