交流异步伺服电机电流控制技术研究

摘要

交流异步伺服电机高速驱动控制系统是高档数控机床的重要部件，目前我国在此领域的技术水平和欧美日等发达国家相比仍有很大差距，因此，研究交流异步伺服电机高速驱动技术对我国高档数控机床的发展具有重要意义。其中对交流异步伺服电机电流的控制是非常关键的一项技术。本文以交流异步伺服电机为控制对象，重点研究了其弱磁控制和电流解耦控制技术。 建立了交流异步伺服电机的矢量控制数学模型，在此基础上，研究了交流异步伺服电机运行的约束特性和电流耦合效应，并由此提出了交流异步伺服电机电流控制的总体方案。 研究了交流异步伺服电机在全频率范围内的电机运行状态，指出了电机在不同运行区域中的电压、电流约束条件，并由此确定了实现转矩最大化输出的理想电流取值轨迹。针对理想电流取值轨迹依赖于精确电机参数的问题，分析了传统“1?ωr弱磁控制算法”的原理和优劣，引入闭环控制的思想，提出了一种基于电压协调控制的闭环弱磁控制算法，并对动态转矩下的电流分配进行优化。 分析了传统电流PI控制器的设计原理，在此基础上，针对两相旋转坐标系下的电流耦合效应，在复平面上，构建了基于复矢量PI的电流解耦控制器。分析了PI控制器中积分环节的饱和现象，在其中加入了一种Anti-Windup控制结构。 构建了交流异步伺服电机控制系统仿真和实验测试平台，对提出的弱磁控制算法与电流解耦技术的有效性和可行性进行了仿真和实验验证。

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