永磁同步电机伺服系统设计及算法研究

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1、摘要永磁同步电机现在已经成为伺服驱动的发展方向。研究高性能，宽调速范围的永磁同步电机伺服系统，必须研究先进的控制策略和控制于段，使系统具有较强的适应性和抗干扰能力。本文的主要工作就是围绕着高性能，宽调速范围永磁同步电机伺服系统的研究而展开。本文对永磁同步电机的矢量控制原理和技术进行了分析和研究，指出矢量控制技术可以实现电机交轴和直轴之间的解耦，具有转矩控制的线性特性。能够比较平稳的输出转矩，且调速范围宽。结合伺服系统设计要求，确定系统的控制方案为矢量控制。详细分析了伺服系统各部分的构成和数学模型，根据经典PID控制理论，按照自动控制

2、系统调节器设计方法，完成了系统的三个环节的设计，并对系统进行了仿真试验。较详细的分析了系统参数变动以及负载变化对系统各环节的影响。介绍了滑模变结构控制方法的原理，比较详细的阐述了滑模变结构控制方法的几个基本问题。利用滑模变结构控制方法与传统PID控制理论相结合的办法，对伺服系统的位置环节，速度环节进行重新设计，使得系统具有很好的鲁棒性，并进行了仿真试验。实验证明新的控制算法克服了仅采用PID控制理论设计时，系统对系统参数变化及负载变化敏感的问题。根据实验装置以及控制算法，编写控制程序。对于伺服系统的一些特殊功能如直线加减速、直流制动

3、、参数的检测、故障的诊断及响应等进行了研究，给出了程序实现方案。关键词：永磁同步电机伺服系统；矢量控制；PID控制；复合滑模变结构控制ABSTRACTPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hasbecomethedevelopingdirectionofservodriveinservodrivefield．Inordertoobtainpermanentmagnetsynchronousservosystemwithhighperformanceandwidespeedrange，andtoma

4、kethesystempossesbetterflexibilityandstrengthenanti-jamming，newcontrolstrategiesandcontrolmeasuresshouldbestudiedandappliedinthesystem．Thispaperisaimingathighperformance，widespeedrangepermanentmagnetsynchronousservosystem．Thecontrolstrategiesofthevectorcontroltechnique

5、isanalyzedandreachedinthispaper．Theanalysesshowthattheparametersindandqaxearedecoupling，thetorquecontrolcharacteristicislinear,outputtorquesteady,thespeedrangewidewhenthevectorcontroltechniqueisappliedinmotioncontrolsystem．Tomeetthedemandofservodrivesystem，thevectorcon

6、troltechniqueischosenasthecontrolstrategyofpermanentmagnetsynchronousservosystem．BasedonautomationtheoryandPIDcontroltheory，theconfigurationandmathematicalmodelofallpartsofpermanentmagnetsynchronousservosystemareanalyzedcarefully．Thethreeloopsofthesystemaredesignedwimt

7、hehelpofengineeringdesignmethodofautomationsystemregulator．Thesimulationofthesystemistaken；parametersofsystemregulatorareanalyzedindetail，joinedwiththeinfluenceofloadandparametersdisturbanceonallthepatsofthesystem．Slidingmodecontrolstrategy(SMC)isintroduced，andseveralp

8、roblemsofSMCwerealsoanalyzedcarefully．Thepositionloopandspeedloopofservosystemareredesigned，withtheSMCandPIDcontrolst