永磁同步電機(jī)數(shù)字交流伺服控制技術(shù)分析

隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)精密化、高速化、高性能的要求的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的控制器在高要求的場(chǎng)合已經(jīng)不能夠勝任，在很多要求高實(shí)時(shí)性，高效率的場(chǎng)合，就必須要用專門的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制器的部分功能。特別是在控制算法復(fù)雜或?qū)λ惴ㄟM(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的時(shí)候，DSP獨(dú)特的快速計(jì)算的能力就明顯的體現(xiàn)出來。

另外，隨著集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步和電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流伺服也得到了長足的發(fā)展。集三相逆變器和保護(hù)電路、隔離電路、能耗制動(dòng)電路等功能為一體的智能功率模塊、先進(jìn)的電力電子器件的出現(xiàn)、使交流伺服控制更方便、功耗更低、開關(guān)時(shí)間更短、變頻范圍更寬、性能更優(yōu)越。這些都使交流伺服相對(duì)直流伺服體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。

1 系統(tǒng)概述

交流伺服數(shù)字化系統(tǒng)的硬件由DSP作為信號(hào)處理器，用旋轉(zhuǎn)編碼器和電流傳感器提供反饋信號(hào)，智能功率模塊IPM作為逆變器，經(jīng)傳感器出來的信號(hào)經(jīng)過濾波整形等處理后反饋給DSP進(jìn)行運(yùn)算，DSP經(jīng)過對(duì)參考信號(hào)和反饋信號(hào)的處理運(yùn)算來調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)的電流環(huán)，速度環(huán)，和位置環(huán)的控制，最后輸出PWM信號(hào)經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)IPM模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)的伺服閉環(huán)控制。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的控制為三環(huán)控制方式，位置控制是外環(huán)，也是最終目標(biāo)，速度控制是中環(huán)，電流控制是內(nèi)環(huán)。為了保證動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和定位時(shí)不產(chǎn)生震蕩，電流環(huán)和速度環(huán)均采用PID調(diào)節(jié)，位置調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的控制框圖如圖2：

圖2控制系統(tǒng)框圖

編碼器檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置實(shí)際信號(hào)與系統(tǒng)給定位置信號(hào)進(jìn)行比較，比較后的差值經(jīng)位置調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，給定轉(zhuǎn)速信號(hào)再與編碼器檢測(cè)的實(shí)際速度信號(hào)進(jìn)行比較，比較后的差值經(jīng)速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，輸出給定電流指令值，在于電流反饋實(shí)際值比較后進(jìn)行PWM控制。

2 矢量控制

在同步電機(jī)中，勵(lì)磁磁場(chǎng)與電樞磁通勢(shì)間的空間角度不是固定的，因此調(diào)節(jié)電樞電流就不能直接控制電磁轉(zhuǎn)矩。通過電機(jī)的外部控制系統(tǒng)，對(duì)電樞磁通勢(shì)相對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)進(jìn)行空間定向控制，控制兩者之間的角度保持固定值，同時(shí)對(duì)電樞電流的幅值也進(jìn)行控制，這種控制方式就稱為矢量控制。