毕业设计论文---- 交流伺服电机智能测控系统设计

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1、1绪论1.1电机测试系统的发展状况交流伺服系统根据使用伺服电机的种类不同可分为两种[1]：一种是由永磁同步伺服电机构成的伺服系统，包括方波永磁同步电机伺服系统和正弦波永磁同步电机伺服系统；另一种是由感应式异步电机构成的伺服系统。20世纪60年代中叶，人们首次研制成功了磁能密度很高的烧结型SmCo5稀土永磁材料。由于战略物资钴（Co）的价格昂贵，钐（Sm）储量稀少，人们又继续尝试开发磁性能更优且价格低廉的稀土永磁材料。1983年，日本研制成功了具有这些优点的钕铁硼（NdFeB）永磁体，它的加工性能好，能量密度更高，应用于电机可大幅度减小电机的体积和重量，并提高电机的效率。1984年，我国成为

2、世界上第三个能独立生产钕铁硼材料的国家。稀土永磁材料的出现给电机工业带来了历史性的变革。控制相对简单、功率密度较高等优点使得永磁同步电机逐渐成为交流伺服系统的主流，尤其是在高精度、高动态性能要求的中小功率伺服领域。而交流异步伺服系统仍主要集中在对伺服性能要求不高的大功率伺服领域。目前，交流伺服系统已经越来越多地采用数字控制方式，利用一些专用的可编程微处理器芯片（如数字信号处理器等）来实现其核心控制算法。数字控制的永磁同步伺服电机系统具有下列优点：(1)体积小、重量轻、效率高。(2)数字电路温度漂移小，分散性参数的影响较小，稳定性好。(3)集成电路芯片可靠性大大优于分立元件，且屏蔽性能好。(

3、4)信息双向传递能力大大增强，容易和上位机系统联合运行，可随时改变控制参数。(5)提高了信息存储、监控、诊断以及分级模块化控制的能力，有利于实现性能优异但算法复杂的控制策略。伺服系统的性能与其中的伺服电机的类型紧密关联，目前常见的伺服电机主要包括步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以直接接收数字量，步进角一般为0.

4、36°～90°。步进电机控制方法简单，一般采用开环控制就能实现精度比较高的位置控制，且不存在位置误差积累。直流伺服电机具有优良的调速性能，伺服系统的位置控制由闭环系统实现。永磁式直流电动机在众多应用领域占有重要地位，其控制电路简单，无励磁损耗，低速性能好。但直流伺服电机机械结构复杂，维护工作量大，成为其发展的瓶颈。20世纪80年代开始，随着伺服电机在材料、结构和控制技术方面的突破性进展，交流伺服电机得到了越来越广泛的应用，并呈现出良好的发展前景。由于微电子技术的快速发展，交流伺服系统的控制方式向微机控制方向发展，由硬件伺服转向软件伺服，模拟控制转向数字控制。511.2智能控制在电机控制系统

5、中的应用随着工业生产过程的日趋复杂化，系统不可避免的存在非线性。如大型交流电机系统、纺织过程等，尽管在很多情况下，当我们考虑系统的某些现象时，可以用系统的线性模型来代替系统的非线性模型，然后，对线性模型实施开展。但更多情况下，不可能用系统的简单线性模型作为该真是系统的替身。在工程技术、自然、社会、经济等众多情况下，人们必须建立真实系统的非线性模型以代替简单容易处理的线性模型。非线性系统中可能发生的现象是十分复杂的、十分丰富的。严格地说，对非线性系统，目前虽然已经经历了百年的研究，认识任不充分的。例如，近二十年来人们才认识到，混扥现象是非线性系统中发生的一种现象。从研究方法上看，线性系统的解

6、是可以求出来的。因此，在相当长的一段历史时期里，不求解非线性系统而直接依据非线性系统来探讨系统的定性性质，成为研究非线性系统的只要内容之一。与此同时，只适用于低阶系统的相平面法、描述函数法等近似方法，也得到了完善和发展。但这些方法能解决的问题是很有限的。非线性系统的控制问题一直是控制理论和控制工程时间中的难题，由于系统存在非线性，系统的设计比线性系统的设计困难的多，特别对象机器人这类存在严重非线性的系统，非线性的存在常常是系统震荡。在工业控制系统中常规的PID控制虽然能解决实际生产中遇到的大多数问题，但当被控对象是非线性时，常规的PID空盒子就很难取得满意的控制效果，而且调制器参数的整定也

7、是棘手的事。对于此类系统，采用更高级古城控制算法，来达到预期的控制效果。因此，研究非线性系统的建模与控制具有重要的理论意义和实际意义。由于现代控制理论和计算机的发展，工业过程控制算法的设计不再像传统的PID算法那样收到硬件的限制，各种新型的控制算法如：自适应控制、最优控制、变结构控制等都为非线性系统的控制提供了方法。近些年来，为了满足生产过程日益严格的要求，许多学者将智能方法融入电力系统、大型交流电机，发电机等这类非线性