基于复合控制的永磁无刷直流电动机精密伺服系统的研究.pdf

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1、研究与DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2013．11．006基于复合控制的永磁无刷直流电动机精密伺服系统的研究张云云，张凤宁，王顺利(集宁师范学院，内蒙古集宁012000)摘要：为实现永磁无刷直流电动机转速转矩高精度控制，设计了基于复合控制的永磁无刷直流电动机精密伺服系统，并介绍了复合控制方案。实验结果表明复合控制正确可行，并具有良好的调速性能。关键词：永磁无刷直流电动机；复合控制；PID控制中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1009—9492(2013)11—0019—02ResearchonBLDCMPrecisionServoSyst

2、emBasedonCompoundControlZHANGYun-yun，ZHANGFeng-ning，WANGShun—li(Ji'ningTeachers’College，Jining012000，China)Abstract：Toachievehigh—precisionspeedandtorquecontrolofBLDCM，BLDCMprecisionservosystembasedoncompoundcontrolwasdesignedinthispaper．Compoundcontrolwasdiscussedlater．Experimentalresultsv

3、erifythatcompoundcontrolisreasonableandthatgoodspeedadjustingperformancecanbeachieved．Keywords：BLDCM；compoundcontrol；PIDcontrol0引言于设计便于实现等优点，但不易满足精度伺服系随着永磁材料、电力电子技术、计算机技术统的要求B]。和自动控制迅速发展，高性能永磁材料和大功率本研究对永磁无刷直流电动机精密伺服系统电子元器件获得了广泛运用，无刷直流电机(BLD．进行复合控制。结果表明，该方法简单可行，具CM)也随之迅速发展，已成为现代工业设备中重有较好的实际应

4、用价值。要的运动部件。1永磁无刷直流电动机的数学模型无刷直流电机将电子线路与电机融为一体，由于无刷直流电机的气隙磁场、反电动势以用半导体器件的功率电子开关代替了机械接触式及电流是非正弦的，因此，采用直、交轴坐标变换向器，用无接触式的转子位置传感器代替了基换已不是有效的分析方法。而在分析和仿真BLD．于接触导电的电刷。永磁无刷直流电机及其控制CM控制系统时，直接利用电机原有的相变量来不仅具有常规直流电动机的线性机械特性、宽调建立数学模型却比较方便，又能获得较准确的结速范围、大起动转矩、高效率、易控制等优点，果。而且兼具交流电动机结构简单牢固、运行可靠、本文以星形两相导通三相六状

5、态永磁无刷直耐受恶劣环境条件能力强等优点，因而在航空、流电动机为例，建立数学模型，假定：航天、汽车、家用电器、工业和军事各领域获得(1)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，了日益广泛的应用】。定子电流、转子磁场分布皆对称；永磁无刷直流电动机精密伺服系统是典型的(2)忽略电机铁芯饱和，不计涡流和磁滞损多变量耦合非线性不确定系统，PID控制具有易耗；内蒙古自治区教育厅重点科研项目(编号：NJZZ11285)收稿日期。匝藿与开一一Bo)=．，(6——负载转矩；8一粘性阻尼系数；。，-_一转动惯量。2复合控制为了使永磁无刷直流电动机精密伺服系统具=有较好的动态特性和静态性能，本文采用复

6、合控匿虽翔匿+钥p匡a]+匡制方案。电流环为内环，可以使实际电流跟踪给定电流，使伺服系统具有更好的动态特性，本文采用时不变PI控制。速度环为外环，使实际转速跟踪给定速度，确保伺服系统兼具好的动态静态性能，故本文采用时变PI控制。时变PI控制的实质是针对永磁无刷直流电动机时变转速误差采用不同的PI控制器，使之适应被控对象特性变化，保证调速范围内任一转速下系统均能有良好的动态响应特性。‰和的表达式如下】：le(f)1≤11

7、三相交流电压p源线电压有效值为217V，定子相绕组电阻R=0．11Q，自感L=0．72mH，互感M=0．01mH，0．0016kg·m，每相反电势系数=O．1119V／(rad／s)，极对数p=4，几=1．5N·m。给定转速no=2000r／min，图1示出复合控制和传统PI控制下的伺服系统的响应曲线。‘。：(、5～)⋯⋯·给定转速——复合控制一一传统PI控制图1响应曲线(下转第80页)