基于无刷直流电动机伺服系统的位置环设计.pdf

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1、第45卷第4期电力电子技术Vo1．45，No．420l1年4月PowerElectronicsApril2011基于无刷直流电动机伺服系统的位置环设计袁海宵，王慧贞(南京航空航天大学，自动化学院，江苏南京210016)摘要：此处给出了基于无刷直流电动机(BLDCM)的舵机位置伺服系统的模型，详述了三环控制系统的工作原理和位置环的设计过程，给出了位置调节器的参数设计准则，并详细说明了系统硬件及软件的设计。转子位置由高精度磁编码器采样．系统采用开通相斩波的控制策略。对由1．2kW电机组成的系统进行实验，结果表明，系统较好地实现了位置伺服。关键词：无刷直流电动机

2、；三环控制；位置伺服；磁编码器中图分类号：TM32文献标识码：A文章编号：lO00-100X(2011)04-0052—03TheDesignofDigitalThreeLoopsServoSystemBasedonBrushlessDCMotorYUANHai—xiao．WANGHui．zhen(NanjingUniversityofAeronauticsandAstrommtics，Nanjing210016，China)Abstract：Themodelofthesteeringenginesenrosystembasedonbrushlessdir

3、ectcurrentmotor(BLDCM)isgiven，andthedesignprogressofthepositionloopisalsogiven．Thethreeloopscontrolsystemandthedesignprogressofeverypartsofthesystemareshown．Andthedesignruleofthepositionadjustor’Sparametersisshowed．Thearticleshowsthedesignofthehardwareandsofiwa~ofthesystem．Theroto

4、r’Spositionissampledbythehighaccuracymagneticencoders．Thesystemusesthecontrolstrategyofchoppingtheopeningphase．Atthesametime，thesystemusesthea—gainstintegralsaturationPIregulator．Theexperimentalresultsbasedonthesystemwhichcontainsa1．2kWBLDCMverifiythatthesystemcangetthegoalofposit

5、ionservoprecisely．Keywords：brushlessdirectcurrentmotor；threeloopcontrol；positionservo；magneticencoders1引言2BLDCM位置伺服系统的构建随着电机技术．电力电子技术和微处理器技术的发展．无刷直流电动机(BrushlessDirectCur．rentMotor，简称BLDCM)以其结构简单，功率密度大，控制方便，可靠性高等优点得到了广泛应用『l1。文献【2】中给出了基于BLDCM的双环调速系统的详细设计过程。这里以双环调速系统为基础．分析了位置环的设计过程．

6、并以此构成了采用三环控制的舵机伺服控制系统。伺服系统对位置跟随的稳态精度及响应速度的动态精度要求较高。在此给出了伺[oo][ia]+p[暑三曼][茎]+[]+[三]服系统的动态结构模型．详细阐述了位置环的设计及位置调节器参数的确定、系统硬件和软件的构建。采用数字处理器，使得控制策略的实现及修改更加方便。最后通过伺服控制系统的实验结果，验证了位置环及参数设计的合理性。K，0≤O<2"rr／3(5—61T)，21T／3≤<1T(2)定稿日期：2010—10—09一K，盯≤5'rr／3作者简介：袁海宵(1986一)，男，江苏连云港人，硕士研究K~(6O／'rr-

7、11)，5"tr／3≤O<2'rr生，研究方向为航空电源和电机控制。式中：0为转子位置角；为转子角速度；为反电势系数。52基于无刷直流电动机伺服系统的位置环设计根据电磁转矩的定义。转矩方程式为：G)=(6)=(e+ebib+eJ)／to(3)式中：K为速度环开环放大系数；T为惯性环节时间常三相绕组为星形连接，没有中线，则有++数，T=+，为电流环等效时间常数，为速度采样0。理想情况下，每时刻只有两相导通，另一相滤波时间常数；r为速度调节器超前时间常数。绕组电流为零．在转速恒定且反电动势与相电流转速环闭环传递函数G(s)=G(s)／[I+G(s)】同向的情况

8、下．电磁转矩可表示为：当IG(jw)f《1时，可近似取G()G∞)