大功率数字化交流伺服系统研究

摘要

近年来随着电力电子技术、微电子技术、电机控制理论的发展,交流伺服系统在许多场合已经逐步取代了传统的直流传动系统。永磁同步电动机具有功率密度高,结构简单,噪声小、效率高以及非弱磁情况下调速范围大等优良特性,在对伺服系统精度要求高的场合得到了广泛的应用。因此,对面贴式永磁同步电机驱动系统的控制策略进行研究具有重要意义。
　　 首先,对面贴式永磁同步电动机的数学模型进行了分析,对各种控制方法进行了比较,最终确定了基于id=0转子磁场定向控制方法,在Matlab/Simulink仿真环境下建立了基于id=0转子磁场定向控制和空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术的位置环、速度环和电流坏的三闭环系统仿真模型,仿真中电机的各个参数与实际电机参数相同,并对永磁同步电机矢量控制系统改进PI方法进行了研究,并进行了实验验证,实验结果和仿真结果一致,表明改进PI方法可有效改善系统的动静态性能。对系统在突加负载下的位置跟随和运行性能进行了仿真,仿真结果表明,永磁同步电机位置伺服系统响应速度较快,有很好的抗干扰性能。
　　 其次,对永磁同步电动机伺服控制系统进行软硬件平台的设计,硬件设计以Ti公司的TMS320F2812DSP为控制器核心,主功率电路采用三菱公司的IPM,设计了光耦隔离驱动电路,电流和母线电压检测电路,各种保护功能电路,串口通信电路。在CCS3.1环境下利用C语言对伺服控制系统进行软件设计,利用模块结构化的编程思想对伺服控制中各种功能模块进行了实现,并对电流滤波,零点补偿,转子位置校正等进行了详细的分析设计,对系统主程序和主中断程序的执行过程进行了详细的研究,并对定点DSP的编程和数据处理特点进行了详细研究。
　　 最后,对伺服控制系统的软硬件进行了调试,各功能模块工作正常,观察了系统开环和速度闭环时定子电流,线电压等波形,对电机起动、制动和反转时的暂态和稳念过程进行了分析,并对在不同开关频率下对伺服系统工作性能的影响进行了研究,对调试过程中出现的各种软硬件问题进行了深入的研究。实验结果证明了系统设计方案的正确性和有效性。