永磁交流伺服电机控制系统研究

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1、研究与开发田慕琴(1962．)，女，博士，教授，研究方向为公企自动化、机电一体化。永磁交流伺服电机控制系统的研究张锐白连平(北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要近年来，永磁交流伺服电机发展迅速并得到了广泛的应用。本文对永磁交流伺服电机的电压空间矢量控制(SVPWM)方法进行了研究，设计了一个基于STM32F103的永磁交流伺服电机控制系统，实现了电压空间矢量脉宽调制控制算法，并设计了速度电流双闭环的积分分离式PI调节器。实验结果表明，永磁交流伺服电机控制系统具有良好的转速伺服性能。关键词：永磁交流伺服电机；电压空间矢量控制；伺服控制ResearchonPermanentM

2、agnetACServoMotorControlSystemZhangRuiBaiLianping(CollegeofAutomation，BeijingInformationandTechnologyUniversity,Beijing100192)AbstractInrecentyears，permanentmagnetACservomotorhasdevelopedrapidlyandbeenwidelyused．AsiSdescribedinthisarticle，IhavestudiedtheSVPWMmethodoncontrollingpermanentmagnetACs

3、ervomotoranddesignedaservosystembasedonSTM32F103microcontroller．ThisservosystemhaswellrealizedSVPWMalgorithm．Integra1．separated．close—loopPIregulatorsforbothspeedandcurrentareusedinthissystem．Afewexperimentshasbeendoneonthissystem，theresultsofwhichshowthatthispermanentmagnetACservosystemhasgoods

4、peedservoperformance．Keywords：permanentmagnetACservomotor；SVPWM：servocontrol定位转矩，有利于减小振动和噪引。1引言近年来，随着高性能永磁材料、电力电子技术、永磁交流伺服电机结构简单、体积小、效率高、微电子技术以及控制理论与技术的的快速发展，永磁交流伺服电机控制系统得到了迅速发展。目前交功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠，流伺服系统中普遍采用脉宽调制(PWM)控制技术，且其调速性能优越，克服了直流伺服电动机机械式换常用的有电压型SPWM控制、电流跟踪型PWM控向器和电刷带来的一系列限制。与感应电机相比，

5、它制和电压空间矢量PWM(SVPWM)控制等方法。控制简单，不存在励磁损耗等问题，因而在高性能、其中，SPWM技术应用最广泛，但也存在不足之处。高精度的伺服驱动等领域具有广阔的应用前景。相对而言，SVPWM技术能明显减小逆变电路输出永磁交流伺服电机属于永磁同步电机，但和普通电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低转矩脉动，的永磁同步电机又有所不同。普通的永磁同步机一般且其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高，采用整数槽绕组，而永磁交流伺服电机常采用分数槽因此在交流伺服系统中有着广阔的应用前景。绕组形式。分数槽绕组优点较多，主要有：①对于多本文选用了一台分数槽集中绕组的“多极少极的正弦波交

6、流永磁伺服电动机，可采用较少的定子槽”永磁交流伺服电机，由于功率密度大，所以它槽数，有利于提高槽满率及槽利用率；②增加绕组的的体积比同功率的普通永磁同步电机要小很多；并分布系数，使电动势波形的正弦性得到改善；③可以且，采用了高分辨率的光电编码器来采集转速和位得到线圈节距y=l的集中式绕组设计，缩短了线圈周置信号，相对于采用霍尔位置传感器的普通永磁同长和端部伸出长度，减少了用铜量；④有可能使用专步电机，准确性和可靠性都要更好一些。控制系统选用高性能的控制核心STM32F103来完成SVPWM用绕线机，取代传统嵌线工艺，提高了劳动生产率，控制，实现了对永磁交流伺服电机的高性能、高精降低了成

7、本；⑤减小了定子轭部厚度，提高了电机的度调速控制。功率密度；电机绕组电阻减小，铜损降低；⑥降低了I6l电篁

8、l技术2011年第3期研究与开发2永磁交流伺服电机控制系统的组成本系统选取的控制核心为STM32F103，电机为额定功率1．5kW，额定转速2000r／min的永磁交流伺服电机。功率变换电路选用的是三菱公司的智能功率模块(IPM)，型号为PS21867。速度位置传感器为2500脉冲／转的光电编码器，电流传感器为图2矢量控制系统原理图Hon