永磁同步電機數(shù)字交流伺服控制技術分析

隨著現(xiàn)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(tǒng)的控制器在高要求的場合已經(jīng)不能夠勝任，在很多要求高實時性，高效率的場合，就必須要用專門的數(shù)字信號處理器(DSP)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制器的部分功能。特別是在控制算法復雜或對算法進行改進優(yōu)化的時候，DSP獨特的快速計算的能力就明顯的體現(xiàn)出來。

另外，隨著集成電路制造技術的進步和電力電子技術的發(fā)展，交流伺服也得到了長足的發(fā)展。集三相逆變器和保護電路、隔離電路、能耗制動電路等功能為一體的智能功率模塊、先進的電力電子器件的出現(xiàn)、使交流伺服控制更方便、功耗更低、開關時間更短、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(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。

1 系統(tǒng)概述

交流伺服數(shù)字化系統(tǒng)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)傳感器出來的信號經(jīng)過濾波整形等處理后反饋給DSP進行運算，DSP經(jīng)過對參考信號和反饋信號的處理運算來調節(jié)伺服系統(tǒng)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)過隔離驅動IPM模塊實現(xiàn)電機的伺服閉環(huán)控制。系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

圖1硬件結構圖

系統(tǒng)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)。為了保證動態(tài)響應速度和定位時不產(chǎn)生震蕩，電流環(huán)和速度環(huán)均采用PID調節(jié)，位置調節(jié)器采用PI調節(jié)。系統(tǒng)的控制框圖如圖2：

圖2控制系統(tǒng)框圖

編碼器檢測的轉子位置實際信號與系統(tǒng)給定位置信號進行比較，比較后的差值經(jīng)位置調節(jié)器PI調節(jié)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際速度信號進行比較，比較后的差值經(jīng)速度調節(jié)器調節(jié)后，輸出給定電流指令值，在于電流反饋實際值比較后進行PWM控制。

2 矢量控制

在同步電機中，勵磁磁場與電樞磁通勢間的空間角度不是固定的，因此調節(jié)電樞電流就不能直接控制電磁轉矩。通過電機的外部控制系統(tǒng)，對電樞磁通勢相對勵磁磁場進行空間定向控制，控制兩者之間的角度保持固定值，同時對電樞電流的幅值也進行控制，這種控制方式就稱為矢量控制。