永磁同步电机伺服控制系统精选.pptVIP

　　根据终值定理： 　　代入得： 　　可得伺服系统的伺服刚度为： 在通常速度控制系统中，都采用PI控制， 因此， ，伺服刚度也为无穷大。 只要 负载转矩小于伺服电机能够输出的最大转矩， 不管负载转矩多大，都能按照指令定位。 假设速度控制系统的交差角频率与位置控 制系统的交差角频率相比足够高，就可以把速 度控制系统的闭环传递函数看作为 1 ，这时的 位置控制系统的闭环传递函数为： 　　图27的速度控制系统闭环传函为： 　　根据上式来设定增益值，则闭环传递函数 为： 　　因此，只要把交叉角频率的值设定好，速 度控制系统的响应特性就能确定。 把位置控制系统的交叉角频率设定为50 rad/s，使速度控制系统交叉角频率变化，算 出位置控制系统的阶跃响应如图29所示。 图29 位置控制系统的阶跃响应 如果把速度控制系统的交叉角频率 设 定为位置控制系统的交叉角频率 的10倍以 上，则速度控制系统特性对位置控制系统响应 的影响就可以忽略。如果 接近于 ，虽 然位置控制采用 P控制，阶跃响应也会出现超 调。 在图21中，如果产生了相当于 的角度 偏差，则从位置控制器输出的速度指令为： （3）速度控制范围 为使位置控制系统具有 的分辨率，速 度控制系统必须对指令 产生响应 。于是， 把该 看成速度控制系统必须达到的速度 分辨率。 　　速度控制系统的速度控制范围为： 　　如果使位置控制系统的分辨率保持不变， 而要提高伺服系统的最高运行速度，就必须要 求有速度控制范围大的伺服电机，并且需要检 测分辨率更高的速度传感器。 5.6 d-q坐标系下永磁同步伺服电机矢量控 制系统的构成 （1） 基于电流解耦控制的永磁同步电机伺服 系统 　　组成：位置环、速度环、电流环控制单元 、解耦控制单元；电机转子位置、转速检测及 信号处理计算单元； 坐标变换单元；三相逆变 单元。 　　图30所示为基于电流解耦控制的永磁同 步电机伺服系统。 图30　基于电流解耦控制的永磁同步电机伺服系统的构成 （2）基于三相交流控制的永磁同步电机伺服 系统 　　系统构成如图31： 图31 基于三相交流控制的永磁 同步电机伺服系统构成 　　电流控制方法：将给定的d、q轴电流指令通过两相到三相的电流坐标变换，得到三相静止坐标系下的电流指令值。通过分别同实际的三相电流瞬时值进行比较，经过各自的PI控制器计算得到施加于永磁同步电机定子绕组上的相电压瞬时值，从而实现对电机d、q轴电流瞬时控制。 消除了控制系统对电机参数的依赖。对交 流量的PI控制效果要比直流量差，造成在电流 的实际控制过程中，控制系统的稳定性和抗扰 动性都较差，即使在稳态，电流的静态偏差也 不为 0 ，而且容易出现动态过程中的超调，无 法实现对电机电流的快速、精确控制。 6 永磁同步伺服电机的设计要点 6.1 电机主要尺寸的确定 　　最大转矩和电磁负荷与电机主要尺寸的关 系： —气隙磁密基波幅值； —电负荷； —电枢直径。 　　电机的主要尺寸： 　　最大转矩与 之间满足： —电机和负载的转动惯量之和； —转子材料的平均密度。 　　电枢直径为： 6.2 电动势的正弦化设计 （1）气隙磁场波形的正弦化设计 通过优化永磁体磁极的形状、永磁体的极 弧系数、永磁体异向充磁或采用Halbach永磁 体阵列磁极形式，得到正弦波气隙磁场。 　　在永磁同步电动机中，由于绕组电流波形 正弦波，为了产生恒定的电磁转矩，提高电机 效率和转矩特性线性度，减小振动和噪声，通 常要求电动势波形也为正弦波。 （2）电枢绕组的谐波电动势抑制 　　对于整数槽绕组：通过短距和分布，来抑 制一般的谐波电动势；通过定子斜槽或转子斜 极抑制齿谐波电动势。 　　对于分数槽绕组：利用短距、分布效应达 到消除电动势谐波、使波形正弦化的目的。 转子6极，定子槽数为9槽的集中绕组； 转子8极，定子槽数为12槽的集中绕组； 转子8极，定子槽数为18槽的分布式绕组； 转子8极，定子槽数为9槽的集中绕组； 转子10极，定子槽数为12槽的集中绕组。 前两种结构的伺服电机每极每相槽数为0.5， 其定位转矩在同类电机中最大； 后三种电机定子绕组每极每相槽数分别为 0.75、0.375和0.4，定位转矩在同类电机中