【摘 要】
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双三相永磁同步电机有着功率密度大、转矩脉动小、可靠性高的优点,在伺服控制系统中逐渐被用作关键执行部件,高性能控制策略的研究也成为热点。本文对双三相电机的电磁特性、结构特点和数学模型进行了分析,在此基础上对典型伺服控制系统的频率特性进行了研究。针对典型位置伺服系统电流响应差、反应速度慢、跟踪精度低等问题,提出了相应的改进方法。在电流环添加反电动势补偿,以改善电流响应;在速度控制器的积分环节添加限幅,
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双三相永磁同步电机有着功率密度大、转矩脉动小、可靠性高的优点,在伺服控制系统中逐渐被用作关键执行部件,高性能控制策略的研究也成为热点。本文对双三相电机的电磁特性、结构特点和数学模型进行了分析,在此基础上对典型伺服控制系统的频率特性进行了研究。针对典型位置伺服系统电流响应差、反应速度慢、跟踪精度低等问题,提出了相应的改进方法。在电流环添加反电动势补偿,以改善电流响应;在速度控制器的积分环节添加限幅,实现抗积分饱和;为了实现无差跟踪,通过对伺服系统位置稳态误差的分析,设计了前馈反馈复合控制器。主要研究内容如下:1.对双三相电机的电磁特性、转矩特性进行简要分析,建立了双三相电机的双d-q变换模型和矢量空间解耦模型,并且对六相逆变器的SVPWM基本原理进行阐述。最后,构建了双三相电机的矢量控制系统,为之后的伺服研究奠定基础。2.通过分析位置伺服控制系统中各个对象的传递函数,构建了复频域模型。分别对电流环、速度环和位置环的幅频特性、相频特性进行分析,通过设计控制器使各个闭环矫正为典型系统,以达到性能要求。3.针对反电动势会造成电流响应波动的问题,提出了利用转矩系数与速度给定值的乘积作为补偿量,以改善电流响应的效果。在速度控制器的积分环节中添加了限幅,使系统能快速退饱和,加快系统响应。通过对位置稳态误差的分析,设计了位置环前馈反馈复合控制器,该控制器提高了位置跟踪精度,能够对多种输入信号实现无差跟踪。同时,搭建了位置伺服控制系统的仿真模型,对控制原理进行了验证。4.设计了伺服驱动的硬件和软件系统,对其中的关键电路以及关键软件进行了分析。提出了利用多对极旋转变压器测量转子机械角度的方法。搭建了双三相永磁同步电机位置伺服系统的实验平台,实验结果验证了本文提出的控制方法的有效性。
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