(毕业论文)基于矢量控制的永磁同步交流伺服电机控制系统.pdf

摘要：本文详细介绍了永磁同步交流电机的矢量控制理论，并根据矢量控制理论运用 DSP 实现 了对永磁同步交流伺服电机的电流、速度和位置的三闭环控制，最后给出实验结果及其分析。 关键词：永磁同步交流伺服电机；矢量控制；SVPWM；TMS320F2812 1 引言 近年来,采用全数字控制方法,以永磁交流电机为控制对象的全数字交流伺服系统 正在逐渐取代以直流电机为控制对象的直流伺服系统和采用模拟控制技术的模拟式交 流伺服系统。全数字交流伺服系统采用矢量控制方法,可实现优良的控制品质。 利用高速的数字信号处理器TMS320F2812可实现对交流电机运行的位置、速度和电 机电枢电流的高精度控制。 2 矢量控制 2.1 矢量控制理论的提出 1971年，由德国Blaschke等人首先提出了交流电动机的矢量控制（Transvector Contrl）理论，从理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。其基本思想是在 普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上， 将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量iM 和产生转矩的转矩电流分量iT ，并使两 分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。这样，交流电动机的转矩控制，从原 理和特性上就与直流电动机相似了。因此，矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和 空间位置的控制。 矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落实在对定子电流 （交流量）的控制上。由于在定子侧的各物理量（电压、电流、电动势、磁动势）都 是交流量，其空间矢量在空间上以同步旋转，调节、控制和计算均不方便。因此，需 借助于坐标变换，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，站在同步旋转的 坐标系上观察，电动机的各空间矢量都变成了停止矢量，在同步坐标系上的各空间矢 量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各分量 之间的关系，实时地计算出转矩控制所需的被控矢量的各分量值――直流给定量。按 这些给定量实时控制，就能达到直流电动机的控制性能。由于这些直流给定量在物理 上是不存在的、虚构的，因此，还必须在经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到 静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对 交流量进行控制，使其实际值等于给定值。 2.2 矢量控制中的坐标变换 2π 考虑通常的三相绕组，在空间位置上互差( ) rad机械角度，设在三相绕组中通 3 2π 以三相对称电流，在相位上互差( ) rad电角度，产生的合成磁场具有以下特点： 3 (1)随着时间的推移，合成磁场的轴线在旋转，电流交变一个周期，磁场也将旋转 一周。 (2)在旋转过程中，合成磁场强度不变，故称圆形旋转磁场。 π 考虑两相对称绕组，其在空间位置上互相“垂直”，互差( ) rad 电角度；两相交 2 π 变电流在相位上互差( ) rad电角度。将两相对称电流通入两相对称绕组，产生的合成 2 磁场将具有与三相旋转磁场同样的特性。 如果在旋转体R 上放置2个匝数相等、互相垂直的直线绕组M 和T ，如图2.1所示。 图 2.1 两相直流旋转绕组示意图 则当2个绕组内分别通入直流电流I M 和I T 时，它们的