永磁同步電機數字交流伺服控制技術(shù)分析

隨著(zhù)現代工業(yè)對精密化、高速化、高性能的要求的不斷發(fā)展，傳統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(zhuān)門(mén)的數字信號處理器(DSP)來(lái)代替傳統的控制器的部分功能。特別是在控制算法復雜或對算法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的時(shí)候，DSP獨特的快速計算的能力就明顯的體現出來(lái)。

另外，隨著(zhù)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(cháng)足的發(fā)展。集三相逆變器和保護電路、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、使交流伺服控制更方便、功耗更低、開(kāi)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直流伺服體現出了明顯的優(yōu)越性。

1 系統概述

交流伺服數字化系統的硬件由DSP作為信號處理器，用旋轉編碼器和電流傳感器提供反饋信號，智能功率模塊IPM作為逆變器，經(jīng)傳感器出來(lái)的信號經(jīng)過(guò)濾波整形等處理后反饋給DSP進(jìn)行運算，DSP經(jīng)過(guò)對參考信號和反饋信號的處理運算來(lái)調節伺服系統的電流環(huán)，速度環(huán)，和位置環(huán)的控制，最后輸出PWM信號經(jīng)過(guò)隔離驅動(dòng)IPM模塊實(shí)現電機的伺服閉環(huán)控制。系統的硬件結構如圖1所示。

圖1硬件結構圖

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

圖2控制系統框圖

編碼器檢測的轉子位置實(shí)際信號與系統給定位置信號進(jìn)行比較，比較后的差值經(jīng)位置調節器PI調節后輸出轉子轉速給定信號，給定轉速信號再與編碼器檢測的實(shí)際速度信號進(jìn)行比較，比較后的差值經(jīng)速度調節器調節后，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

在同步電機中，勵磁磁場(chǎng)與電樞磁通勢間的空間角度不是固定的，因此調節電樞電流就不能直接控制電磁轉矩。通過(guò)電機的外部控制系統，對電樞磁通勢相對勵磁磁場(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)對電樞電流的幅值也進(jìn)行控制，這種控制方式就稱(chēng)為矢量控制。