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现代交流伺服技术是人类社会的重大技术进步之一,它是电机学、电力电子学、微电子学、计算机科学、自动控制理论等多种学科的结合和交叉应用。随着电力电子技术、高速数字技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展,永磁同步电机伺服系统控制技术越来越精湛,伺服系统得到了广泛的应用,基于永磁同步电机的伺服系统正在逐步取代直流电机、步进电机而成为伺服系统发展的方向。本文主要围绕永磁伺服电机控制系统的研究和工程实现而展开,文章的主要内容包括交流伺服系统的现状与发展;空间矢量控制理论的研究及同步电机电压模型解耦控制与SVPWM实现;伺服系统主控电源及控制回路的硬件介绍;同步电机转子初始化位置检测;系统软件的实现;相关调试经验、以及对系统的理解与研究等。
本文的研究基于矢量变换控制,它是以交流电机的双轴理论为依据,在同步旋转坐标系中把定子电流矢量分解为励磁分量与转矩分量,实现类似于控制直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制。
系统采用高性能的专业电机控制DSP芯片TMS320F2812,高速开关性能的IPM智能功率模块,可编程逻辑器件CPLD等高新技术数字模块,构建了稳定可靠的硬件系统并设计了实时快速的软件系统。
创新地实现了永磁同步电机初始化位置检测。交流永磁同步伺服电机在运转之前,转子的初始位置是未知的,而在矢量控制中必须确定转子的初始位置才能进行有效的控制。简单的注入直流量强行吸合转子的方法在工业现场有严重的缺陷,本文提出的转子初始位置估算方法,根据转子处在不同位置对输入电压矢量的反应不同,检测输出电流进行比较计算可以得到任意位置转子的初始角。初始化检测过程中保持转子位置基本不变。