伺服技术论文袁奎

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1、数控机床永磁同步电机伺服驱动系统关键技术袁奎机自083班学号080803110182摘要:数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。数控机床由机床本体和数控伺服系统构成。分析了电流连续和电流断续两种工作模式下反激式开关电源的数学模型，设计制作了工作于电流连续模式的基于TOP244的8路反激开关电源的电路，该电源已经应用于实际驱动装置，测试和运行表明电源满足设计要求。简要介绍了工作于电流断续模式的基于M51995的8路反激开关电源

2、的设计。关键词：永磁同步，DSP，多路反激开关电源，故障诊断保护，软件结构第一章前言在现代制造技术系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对实现制造业的柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。我国自“七五”

3、计划以来，数控加工技术方面的研究工作得到政府、企业和专家学者的高度重视，获得了较大的发展，但与世界先进水平相比仍有很大差距。永磁交流伺服技术是研制开发各种先进的机电一体化设备，如数控机床、加工中心、工业机器人等的关键性技术，目前高性能数控机床和工业机器人所采用的电机伺服系统仍然主要依靠进口，这种现状限制了我国高科技产业的发展。因此，通过借鉴国外研究工作的先进经验，从高起点出发，尽早研制出具有当今国际水平的高性能、实用化的交流伺服系统成为了国内数控界发展的共同目标。受广州诺信数字测控设备有限公司的委

4、托，为其研究开发高精度的永磁同步电机伺服驱动器，用于数控机床、数控加工中心的伺服电机驱动，实现高精度的位置进给控制。第二章永磁同步电机伺服系统应用介绍2.1永磁同步电机伺服系统用途介绍由于现代永磁材料的性能不断提高，价格不断下降，永磁同步电机的控制相对于异步电动机来说也比较简单、容易实现高性能的优良控制，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合得到广泛的应用。如图2-1所示，永磁同步电机伺服系统主要由以下几个部分组成：图2-1永磁同步电机位置伺服系统的组成1.永磁同步电机永磁同步电机主要由转子和定子

5、两大部分组成。在转子上装有采用铁氧体或稀土永磁等材料的特殊形状永磁体，用以产生恒定磁场。高性能而价格适宜的永磁材料，为高电动机的伺服性能和实用化提供了条件。由于转子是永磁体，因而不需要引入励磁电流产生励磁磁场，电机内部的发热只取决于电枢电流。在电动机的定子铁心上绕有三相电枢绕组，接在可控制的变频的控制电源上。在结构上，定子铁心直接裸露于外界空间，因此散热情况良好，也使电动机易于实现小型化和轻量化。2.2永磁同步电机伺服系统的类别20世纪80年代，随着永磁材料特别是具有高磁能积、高矫顽力、低廉价格的

6、钕铁硼永磁材料的发展，使人们研制出了价格低廉、体积小、性能高、无需励磁的永磁电机。永磁同步伺服电机是从绕线式转子同步电机发展而来的。由于是永磁转子，淘汰了易出故障绕线式转子同步电机的电刷，同时具有低惯性、效率高、转子无发热问题的优点，一经出现，便在高性能伺服系统中得到了广泛的应用。永磁同步电动机本体由定子和转子两部分组成，永磁同步电动机的定子指的是电动机在运行时的不动部分，其结构和异步电动机的定子结构基本相同，主要是由硅钢冲片、对称分布的三相绕组、固定铁心用的机壳以及端盖等部分组成。永磁同步电动机

7、是利用定子的三相交流电流和永磁转子的磁场互相作用所产生的电磁转矩来带动电机转子转动。当定子电流的频率固定时，转子的同步转速也是固定的，并且与该频率成正比，同步转速为其中，f为定子电流频率，P为电动机极对数。2.3永磁同步电机伺服系统的工作过程随着伺服控制技术的迅速发展和矢量控制技术的应用，以及微电子技术和微处理器技术的飞速发展，伺服系统正向着全数字交流化方向发展，使得高性能的交流伺服系统也不断得到研发实现。也正是由于现代控制理论能够很好地应用于交流伺服系统之中，才使得交流伺服系统的性能日益提高，所

8、以寻求更优良的控制策略对交流伺服系统进行控制是提高其性能的比较有效途径之一。交流电动机的模型是强耦合、时变的非线性系统，其控制策略也比较复杂，所以交流伺服系统的调速性能与它所采用的控制策略有着直接的关系，历史的发展表明，几乎每一次控制理论的突破与新型控制理论的诞生都会伴随着交流伺服系统调速性能的迅速提高。目前交流伺服系统的控制策略主要有基于稳态模型的恒压频比控制，基于动态模型的矢量控制、直接转矩控制、反馈线性化控制、反推控制、自适应控制、滑模变结构控制、以及不依赖对象数学模型的模糊