控制電機論文-交流伺服電機的探究(參考版)
2025-06-10 00:28本頁面
【正文】 在我國 , 交流伺服電動機潛力的發(fā)掘和發(fā)展 , 尚需我們做大量的工作。應力求采用數(shù)字控制和計算機控制 , 以克服交流伺服電動機的不足之處。 （ 2） 從國外交流伺服電動機的發(fā)展趨勢來看 ,應優(yōu)先發(fā)展成本較低的 同步型轉速可控的直流無刷電動機。 電磁轉矩是電動機對外輸出能量的重要依據(jù)，交流伺服驅動控制系統(tǒng)是否能快速穩(wěn)定的輸出給定的電磁轉矩是評價電動機動態(tài)響應性能的重要指標 ， PMSM 的電磁轉矩方程表述如式所示： 3 ()2e d q q dT p i i???? 將 磁鏈方程代入 上 式中可得方程如 下 式所示： 3 [ ( ) ]2e r q d q d qT p i L L i i?? ? ? 在隱極式永磁同步電動機中， dL = qL ，代入上式 中可以得到方程 如下式 所示： 32e r qT p i?? 10 由上式可以看出，通過對定子電流 qi 的 控制，就可以控制 PMSM 的轉矩。在此，根據(jù)永磁同步電動機的簡單模型以及其坐標變換關系圖，獲得電的機的理想數(shù)學模型，不過要想獲得精確理想的電機數(shù)學模型是很難實現(xiàn)的，因此在建立數(shù)學模型之前，我們首先要對電動機數(shù)學模型影響很小的量進行相應的忽略及假設： （ 1）忽略磁路鐵芯的磁飽和現(xiàn)象； （ 2）忽略鐵芯磁滯與渦流損耗； （ 3）忽略轉 子上的阻尼繞組； （ 4）不計溫度影響； （ 5）假設氣隙磁場呈理想正弦分布。 電機模型 如圖 22 所示，給出了 PMSM 的簡單模型。 （ 4） 智能控制 智能控制理論是最近幾十年來的一種新興學科，它的迅速發(fā)展為交流永磁伺服控制技術的進步注入了新鮮血液。 20 世紀末，開始有部分專家學者通過深入研究把直接轉矩控制理論引入到交流同步電動機當中，完成了直接轉矩控制技術在交流同步電動機伺服驅動領域的重大突破。此方式只受到電動機定子繞組阻值的影響，對電動機除定子繞組阻值之外的其他參數(shù)的變動穩(wěn)定性好，解決了矢量控制受電動機本體參數(shù)影響大的缺點。解決方法是加入各種先進 的控制算法，對控制器進行智能化改進，從而提高伺服驅動系統(tǒng)的動態(tài)性能與魯棒性。 （ 2） 矢量控制 上個世紀，矢量控制技術的提出，為交流伺服驅動系統(tǒng)的快速進步提供了理論支持。這種控制方法在低速運行時轉矩能力較弱，必須對定子電壓壓降進行補償處理，另外因為此控制方法不能直接控制電磁轉矩，因此性能較低。 交流伺服控制策略 最近幾十年來，借助于電機控制理論及智能控制理論的不斷完善，交流伺服控制理論也隨之蓬勃發(fā)展起來；由于微電子技術的進步，各種方便用戶開發(fā)的微控制器與數(shù)字信號處理器件大量涌現(xiàn)市場，為各種先進的智能控制算法在控制系統(tǒng)中的應用提供了可能。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)比較成熟的專用智能控制芯片，其控制動靜態(tài)特性優(yōu)越，在交流伺服驅動控制系統(tǒng)中被廣大技術人員所采用。 （ 2） 智能化 為了適應更為惡劣的控制 環(huán)境和復雜的控制任務，各種先進的智能控制算法已經(jīng)開始應用在交流伺服驅動系統(tǒng)中。分析多年來交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展特色，總結市場上客戶對其性能的要求，可以概括出交流伺服控制系統(tǒng)有以下幾種熱門發(fā)展方向： （ 1） 數(shù) 字化 隨著微電子技術的發(fā)展，處理速度更迅速、功能更強大的微控制器不斷涌現(xiàn)，控制器芯片價格越來越低，硬件電路設計也更加簡單，系統(tǒng)硬件設計成本快速下降，且數(shù)字電路抗干擾能力強，參數(shù)變化對系統(tǒng)影 響小，穩(wěn)定性好；采用微處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)，更容易與上位機通訊，在不變更硬件系統(tǒng)結構的前提下，可隨時改變控制器功能。根據(jù)對控制系統(tǒng)高性能的要求，現(xiàn)如今的大部分交流伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。從 20 世紀 80 年代到現(xiàn)在，由于直流伺服電機同功率情況下自身體積較大及換向電刷問題的存在，在很多場合不能滿足環(huán)境要求。直流電機雖然最早發(fā)明，但是由于當時鐵磁材料以及晶閘管技術的限制，發(fā)展很是緩慢，一直到 1960 年以后隨著可控硅的發(fā)明以及 各種電機材料的改良，直流電動機才得到迅速發(fā)展，并在七十年代成為各種伺服系統(tǒng)中最重要的驅動設備。日本松下公司的ＭＩＮＡＳＡ系列為比較典型的一種。典型生產(chǎn)廠家如德國西門 子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。 （ 5）同功率下有較小的體積和重量。 （ 3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有： （ 1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。直流伺服是梯形波。交流伺服驅動裝置在傳動領域的 發(fā)展日新月異。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。具體方法是 : 在定子坐標系下分析電動機數(shù)學模型，在近似圓形 旋轉磁場的條件下，對電動機轉矩直接進行控制，不用坐標變換。 (6) 閉環(huán)控制信號由軸上所帶編碼器反饋，整個過程由數(shù)字信號處理器 (DSP) 進行全數(shù)字化處理。 (4) 電流反饋反映負載
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