矢量控制永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究.pdf

1、交流伺服系統(tǒng)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，是工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的組成部分，永磁同步電動(dòng)機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)適用于中小功率伺服場(chǎng)合。本文的工作圍繞提高永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的性能展開(kāi)，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、速度和位置控制、轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)和起動(dòng)等進(jìn)行了深入研究。 在分析永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，闡明了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)兩種主要的逆變器調(diào)制方法即正弦和空間矢量PWM做了深入分析和比較，為后續(xù)的分析奠定了基礎(chǔ)

2、。 對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制實(shí)質(zhì)上是對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制，而轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是電、磁的綜合效果，受非線性因素的影響。本文從逆變器角度分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，引入了誤差電壓矢量的概念來(lái)描述死區(qū)效應(yīng)，用三種方法即矢量變換法、圖解合成法和周波變換法推導(dǎo)出誤差電壓矢量的幅值計(jì)算公式、得出矢量相位和三相電流極性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上深入分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的死區(qū)效應(yīng)，提出了正弦和空間矢量PWM逆變器死區(qū)的時(shí)間和電壓補(bǔ)償方法，并根據(jù)空間矢量PWM的特

3、點(diǎn)，得到了時(shí)間補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)化算式，為提高電流極性檢測(cè)精度，提出了電流極性檢測(cè)的預(yù)測(cè)電流法和電流矢量法。分析了逆變器空間矢量PWM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，分別推導(dǎo)出計(jì)及調(diào)制因素和死區(qū)效應(yīng)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，分別得出兩者的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量和脈動(dòng)率，闡述了兩種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的性質(zhì)，提出了削弱脈動(dòng)的方法，針對(duì)兩種脈動(dòng)的削弱在載波頻率上存在矛盾，提出了綜合削弱應(yīng)該考慮的幾個(gè)方面。 速度和位置控制是永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的兩種主要控制形式。為提高轉(zhuǎn)速精度，提出了一種混合式

4、速度調(diào)節(jié)方法，將他控方式引入到永磁同步電動(dòng)機(jī)控制中并實(shí)現(xiàn)了與自控的有機(jī)結(jié)合，給出了自控切入他控的條件、他控運(yùn)行內(nèi)部頻率給定方法和他控到自控快速切出的方法，仿真和實(shí)驗(yàn)證明該方法達(dá)到了高轉(zhuǎn)速精度和快響應(yīng)速度的目的。為提高永磁同步電動(dòng)機(jī)位置系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的魯棒性能，提出了一種基于狀態(tài)變換的位置系統(tǒng)魯棒控制方法，該方法將位置控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)視為一體，按魯棒二次鎮(zhèn)定的方法綜合設(shè)計(jì)反饋控制器的參數(shù)，并最終得出PI控制器參數(shù)和反饋系數(shù)，仿真結(jié)果表

5、明，系統(tǒng)對(duì)參數(shù)攝動(dòng)的魯棒性能得到了提高。 對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)和起動(dòng)進(jìn)行了研究。概述了主要的轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法，指出其存在依賴電機(jī)模型和在空載下難以現(xiàn)實(shí)的缺陷，針對(duì)此缺陷，提出了微小位移式初始位置檢測(cè)方法，并根據(jù)空載和負(fù)載情況下轉(zhuǎn)子位移特性不同，分別提出了適用于空載和負(fù)載的微小位移法和旋轉(zhuǎn)電壓矢量法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，檢測(cè)結(jié)果能夠滿足電機(jī)的起動(dòng)要求。依據(jù)施加的電壓矢量方向不同，轉(zhuǎn)子位移方向不同，提出了一種無(wú)轉(zhuǎn)子初始位置