交流伺服驱动系统的仿真及DSP实现

发布时间：2020-03-31 15:55

【摘要】：随着电子技术、伺服技术的发展和集成电路制造工艺的进步，极大地推动了交流伺服驱动器这一产业的发展。交流伺服驱动系统具有响应快速和定位精确的特点，成为机床、纺织、包装、工业机器人以及其它机械控制产业的关键技术之一，在这些工业领域中得到了广泛应用。市场潜力巨大，在国内外受到普遍关注。自主开发永磁同步交流驱动系统是将生产大国向技术强国转变的关键。然而高性能伺服驱动系统设计涉及到多个学科领域和专业技术。快速地开发高精度、性能良好、调速范围大和位置控制精确的伺服驱动系统仍是国内机械电子行业一个难点。本文首先介绍了常用的永磁交流同步电机的数学模型、交流永磁同步电机的矢量控制理论和电压空间矢量调制(SVPWM)的基本原理，并利用Matlab软件的Simulink组件实现了电压空间矢量脉宽调制算法。对采用转子磁链矢量控制的交流伺服驱动系统进行仿真分析，采用防积分饱和比例积分控制器（Anti-Windup PI Controller）实现对永磁同步交流伺服驱动系统的电流调节、速度调节和位置调节的控制仿真模拟。然后搭建基于DSP的交流伺服驱动系统的硬件实现装置。运用嵌入式开发工具，按照模块化的设计思想，实现了对永磁同步交流电机伺服系统的电流环、速度环的设计。这种全数字式的实现方式较为直观，而且系统也不易受到外界环境的干扰。最后在基于DSP的交流伺服驱动系统的硬件平台上进行了实验，实验结果虽然没仿真模拟的结果性能优越，但基本上实现了预期目标。
【图文】：

永磁同步电机,异步电机

a) b)a) 异步电机，b) 永磁同步电机图 1-1 异步电机和永磁同步电机初期的永磁同步电机依靠固定频率电源供电，由于使用市电供电时，永磁同步自起动，所以需要设置阻尼绕组，利用其产生的转矩使电机起动。当电机加速度后，由永磁体产生的转矩将电机加速到同步转速。随着微型计算机和电力电发展，交流变频调速系统开始应用永磁同步电机。因为变频调速时，永磁同步阻尼绕组帮助电机起动。而且由于阻尼绕组的设置，电机的制造工艺更加复杂组发热，电机转子永磁体的温度升高，电能损失变大，电能利用率下降。因此变器供电时，永磁同步电机通常不加阻尼绕组。新一代永磁材料的研制在上个年代取得巨大进步，钕铁硼（NdFeB）的各项磁性能优良，价格也相对较低。同步电机开始大量使用这种永磁材料，进而使得电机制造领域发生相应改进。形式的变化带来电机设计的完善与进步。因而永磁同步电机的整体性能有了质

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内装式的转子结构如图 1-2（b）所示，永磁体安装在转子铁心的内部。为了提高电的静态与动态性能，在永磁同步电机的定子铁心内圆与永磁体表面之间设置极靴。这极靴使用铁磁材料，，而且还在极靴中设有铸铝鼠笼或者铜条鼠笼，增加阻尼或者实现动。在动态性能要求高或有自起动能力要求的永磁同步电机中广泛使用。这种结构中，于永磁体可以受到转子极靴的保护，转子的机械强度较高，坚固可靠。内装式的永磁步电机由于弱磁扩速方便，能够运行于较高的转速并且有较高的功率密度与过载能。这主要由它的转子磁路结构所决定。由于内装式的转子结构呈现出磁路上的不对称，它的电磁性能和磁路属于凸极转子结构。虽然凸极转子结构的磁路所产生的磁阻转对于提高电机的功率密度和过载能力也有帮助，但是电机的 q 轴电枢反应电抗要大于轴电枢反应电抗，即 Xq 大于 Xd，同常规直流电励磁的凸极同步电机正好相反。造成种情况的原因是电机转子纵轴磁路中永磁体的导磁率与于气隙差不多。这造成内装式磁同步电机与常规同步电机的运行特性有很大不同。内装式永磁同步电机可细分成 3
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM921.541

【参考文献】