控制電機(jī)論文-交流伺服電機(jī)的探究(參考版)
2025-06-10 00:28本頁(yè)面
【正文】 在我國(guó) , 交流伺服電動(dòng)機(jī)潛力的發(fā)掘和發(fā)展 , 尚需我們做大量的工作。應(yīng)力求采用數(shù)字控制和計(jì)算機(jī)控制 , 以克服交流伺服電動(dòng)機(jī)的不足之處。 （ 2） 從國(guó)外交流伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看 ,應(yīng)優(yōu)先發(fā)展成本較低的 同步型轉(zhuǎn)速可控的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。 電磁轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出能量的重要依據(jù)，交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是否能快速穩(wěn)定的輸出給定的電磁轉(zhuǎn)矩是評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的重要指標(biāo) ， PMSM 的電磁轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)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(guò)對(duì)定子電流 qi 的 控制，就可以控制 PMSM 的轉(zhuǎn)矩。在此，根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單模型以及其坐標(biāo)變換關(guān)系圖，獲得電的機(jī)的理想數(shù)學(xué)模型，不過(guò)要想獲得精確理想的電機(jī)數(shù)學(xué)模型是很難實(shí)現(xiàn)的，因此在建立數(shù)學(xué)模型之前，我們首先要對(duì)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型影響很小的量進(jìn)行相應(yīng)的忽略及假設(shè)： （ 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(zhuǎn) 子上的阻尼繞組； （ 4）不計(jì)溫度影響； （ 5）假設(shè)氣隙磁場(chǎng)呈理想正弦分布。 電機(jī)模型 如圖 22 所示，給出了 PMSM 的簡(jiǎn)單模型。 （ 4） 智能控制 智能控制理論是最近幾十年來(lái)的一種新興學(xué)科，它的迅速發(fā)展為交流永磁伺服控制技術(shù)的進(jìn)步注入了新鮮血液。 20 世紀(jì)末，開始有部分專家學(xué)者通過(guò)深入研究把直接轉(zhuǎn)矩控制理論引入到交流同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)中，完成了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的重大突破。此方式只受到電動(dòng)機(jī)定子繞組阻值的影響，對(duì)電動(dòng)機(jī)除定子繞組阻值之外的其他參數(shù)的變動(dòng)穩(wěn)定性好，解決了矢量控制受電動(dòng)機(jī)本體參數(shù)影響大的缺點(diǎn)。解決方法是加入各種先進(jìn) 的控制算法，對(duì)控制器進(jìn)行智能化改進(jìn)，從而提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與魯棒性。 （ 2） 矢量控制 上個(gè)世紀(jì)，矢量控制技術(shù)的提出，為交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的快速進(jìn)步提供了理論支持。這種控制方法在低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩能力較弱，必須對(duì)定子電壓壓降進(jìn)行補(bǔ)償處理，另外因?yàn)榇丝刂品椒ú荒苤苯涌刂齐姶呸D(zhuǎn)矩，因此性能較低。 交流伺服控制策略 最近幾十年來(lái)，借助于電機(jī)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(lái)；由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，各種方便用戶開發(fā)的微控制器與數(shù)字信號(hào)處理器件大量涌現(xiàn)市場(chǎng)，為各種先進(jìn)的智能控制算法在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)比較成熟的專用智能控制芯片，其控制動(dòng)靜態(tài)特性優(yōu)越，在交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣大技術(shù)人員所采用。 （ 2） 智能化 為了適應(yīng)更為惡劣的控制 環(huán)境和復(fù)雜的控制任務(wù)，各種先進(jìn)的智能控制算法已經(jīng)開始應(yīng)用在交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。分析多年來(lái)交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展特色，總結(jié)市場(chǎng)上客戶對(duì)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(shù)的發(fā)展，處理速度更迅速、功能更強(qiáng)大的微控制器不斷涌現(xiàn)，控制器芯片價(jià)格越來(lái)越低，硬件電路設(shè)計(jì)也更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)成本快速下降，且數(shù)字電路抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化對(duì)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(jī)通訊，在不變更硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，可隨時(shí)改變控制器功能。根據(jù)對(duì)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(jì) 80 年代到現(xiàn)在，由于直流伺服電機(jī)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(chǎng)合不能滿足環(huán)境要求。直流電機(jī)雖然最早發(fā)明，但是由于當(dāng)時(shí)鐵磁材料以及晶閘管技術(shù)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(jī)材料的改良，直流電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)設(shè)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(guó)西門 子、美國(guó)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(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。直流伺服是梯形波。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的 發(fā)展日新月異。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。具體方法是 : 在定子坐標(biāo)系下分析電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，在近似圓形 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件下，對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩直接進(jìn)行控制，不用坐標(biāo)變換。 (6) 閉環(huán)控制信號(hào)由軸上所帶編碼器反饋，整個(gè)過(guò)程由數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 進(jìn)行全數(shù)字化處理。 (4) 電流反饋反映負(fù)載
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