PMSM伺服系统模糊速度调节器设计doc.docVIP

第一章 绪论 1.1 本课题的意义 随着科学技术的飞速发展，人类已经进入了电气时代和信息时代，电气传动技术保障了人们所需的电能到机械能转化的顺利进行。伺服技术广泛地应用到了工业、农业、航空航天交通、国防军事以及日常家电产品中，人们对伺服产品的性能、功能、质量及成本都有着越来越高的要求。电气传动产品覆盖了国民经济的方方面面。国家“八五”、“九五”、“十五”一直把电气传动产品作为重点支柱产业来抓。 交流伺服应用的一个重要领域是机械加工制造业，加工制造的水准关键在数控技术。伺服技术是数控技术的重要组成部分。 1.2 伺服系统的分类 1.2.1 按照使用的执行元件分类 （1）电液伺服系统，执行元件为液压元件，控制模块为电器元件，数控技术早期多采用电液伺服系统。 （2）电气伺服系统，执行元件是电气，电气伺服系统体积小；控制灵活；广泛用于各种领域。 1.2.2 按系统的构造特点及调节理论分类： （1）开环伺服系统，开环伺服系统就是没有位置反馈的系统。这种系统使用的驱动元件主要是功率电机或电液脉冲马达，位移正比于脉冲个数，脉冲频率表示了移动速度，开环系统结构简单，易于控制，精度取决于传动链和驱动元件本生的误差。开环系统的缺点是精度较低，而且运动不平稳。 （2）半闭环伺服系统，半闭环伺服系统是误差控制的随动系统，测出实际位移量与给定位移量相比较，求得误差，对误差进行补偿构成闭环系统。半闭环伺服系统是闭环伺服系统，只是在测量实际位置移动是采用间接测量方法，位置测量元件没有直接装在进给坐标的最终运动部件上，中间经过了机械传动部件的位置转换。半闭环伺服系统存在测量转换误差，而且环外传动误差没有得到补偿。 （3）全闭环伺服系统是一种闭环伺服系统，其结构与半闭环伺服系统结构是一致的；与半闭环伺服系统不同的是，把测量元件直接按装在运动部件上，对系统最终位移进行直接测量，可以补偿整个传动链的全部积累误差。闭环系统内包括较多的机械传动部件，系统受机械变形影响较大，系统稳定性难以调整，随着时间的推移，机械传动部件的变形或其他因数的改变容易使系统稳定性和精度发生变化，因此多数用户在控制精度要求较高时使用全闭环伺服系统。 1.2.3 按照系统信号的特点分类： （1）模拟伺服系统，系统全部采用模拟元件构成，系统的控制和传输信号全部为模拟信号。它的特点是抗噪声能力强，一般不因峰值噪声产生误动作，可以用常规示波器，仪表等进行状态测量。它的缺点是对微弱信噪分离困难，在零点附近容易漂移。 （2）数字伺服系统，系统的控制与调节采用数字技术，它的位移指令与反馈都采用逻辑电平信号。数字伺服系统的特点是：精度高，通过增加数字信息的位长，达到要求的控制精度。零点定位精度，对逻辑电平以下的漂移、噪音不予响应；容易与计算机进行数据交换；可以实现一些复杂的控制策略。数字伺服系统的缺点是：噪音峰值大于逻辑电平时，对数据的最高和最低位的干扰出错程度是相同的，这是系统无法正常工作。 数字伺服系统根据数字化程度进一步分为： （1）全硬件伺服系统，属于数字模拟混合结构，闭环控制调节主要靠偏差计数器完成。 （2）半软件伺服系统，位置控制由计算机软硬件实现，速度环、电流环采用模拟形式。 （3）软件伺服系统，系统的位置速度控制均由微机软件实现，电流环采用模拟形式。 （4）全数字伺服系统，系统的所有调节、控制全部由软件完成，最后直接输出逻辑电平型的PWM信号功率晶体管放大器对伺服电动机进行控制。 1.3 交流伺服系统控制策略 自19世纪80年代起至19世纪末以前，工业上传动机一直被直流电动机所垄断，直流电动机在容量、体积制造成本、运行和维护方面都不及交流电动机。从60年代开始，国外开始重视交流电动机调速系统研究。尤其是70年代以来随着微电子技术的飞速发展，以及控制理论的突破，仿真工具的完善，各种类型的交流调速系统诸如串级调速系统、变频调速系统、无换向器电动机系统及矢量控制系统等得到了飞速的发展。目前，在传动领域交流电动机已有取代直流电机的趋势。国外从90年代起，新上项目基本上全部采用交流调速方案。 1.3.1 控制理论方面 交流电动机模型是耦合、时变、非线性系统，控制复杂，每一个控制理论的突破与新型理论的诞生，都伴随调速特性的提高。 1. 矢量控制理论 20世纪70年代，德国科学家F.Blaschke先生提出了电机矢量控制方法，这种理论的思想核心是把交流电动机模型模拟成直流电机，通过坐标变换，分别控制励磁电流分量和转矩电流分量，使交流电动机同直流电动机有同样优良的控制特性，这种控制策略目前已比较成熟，已经形成商品化产品。但矢量控制的缺点是：系统结构复杂、运动两大、电动机参数变化影响系统性能。 2. 直接转矩控制理论 1985年，德国的德彭布罗克（Depenbrolk