大功率高精度永磁交流伺服系统关键技术研究-机械工程专业论文.docx

II 摘要 永磁同步电机因其高精度、高功率因数、高响应、高效率等优点而广泛地应用于航空 航天、军工、纺织机械等小功率应用领域。近年来，其更是逐步取代异步电机，在大功率 场合得到了广泛应用。由于在大型高端设备应用场合中，其负载变化大以及应用环境复杂 多变，这其中存在两点关键技术：如何构建具有高可靠性的大功率永磁交流伺服硬件系统； 在控制算法上，如何抑制负载的变化带来的不良影响。本文主要围绕这两点展开了研究。 首先，从抑制负载扰动算法的研究角度考虑，分析了滑模变结构控制的原理和永磁同 步电机的数学模型，并在此基础上建立了传统负载力矩辨识滑模观测器数学模型。为了抑 制滑模变结构控制带来的抖振影响，引入反馈增益，优化控制函数，提出了新型负载力矩 辨识滑模观测器，并对其进行了稳定性分析与数字化实现。 其次，为了验证算法的正确性，根据矢量控制系统原理，确定了系统原理框图，并以 之前推算得到的数学模型为基础，利用 matlab 建立系统仿真模型。从多个方面对系统进行 负载力矩观测的仿真试验，并对比传统与新型负载力矩辨识滑模观测器所观测得到的转矩 结果，最终验证了新型负载力矩辨识滑模观测器在对负载力矩的观测上确实具有抑制抖振 的作用。 然后，以电路的高可靠性、高精度特点为目标，以 DSP 芯片 TMS320F28335 为控制核 心，完成系统的硬件设计，并着重分析了部分功能电路的原理。其中包括高精度电流位置 检测、高可靠性保护电路、PWM 隔离驱动、反激式 DC-DC 电源等几个关键要点。由于电 路安全的重要性，需要对保护电路进行 multisim 硬件电路仿真，结果表明其能较好的实现 电路保护的功能。 最后，为了证明理论的可行性、优越性，对其进行了实验测试。首先，在此硬件电路 基础上，实现了新型控制策略的软件设计，并设计搭建了硬件实验平台。其次，通过速度 控制性能、抗负载扰动性能以及位置控制性能三方面对系统进行实验测试。在实验过程中， 使用数据采集卡采集位置、速度等信号，通过 labview 编写的测试界面显示。最终证明新 型方案的确能够有效地抑制负载扰动带来的转速波动，验证了改进型方案的可行性以及理 论的科学性。 III 关键词：永磁同步电机；交流伺服系统；新型负载力矩辨识滑模观测器；抗负载扰动；高 可靠性硬件系统；大功率高精度 IV Abstract The permanent magnet synchronous motor(PMSM) is used for more and more low power fields by its High precision, high power factor, high response and high efficiency, such as aerospace, military industry, textile machinery and so on. In recent years, it is gradually replacing the asynchronous motor, and widely used in high power applications. In large-scale high-end equipment applications, there are two key technologies because of the load’s big change and the complex application environments. The one is how to build the high reliability of high-power permanent magnet ac servo system hardware. The other one is how to restrain the ill effects of the change of the load. This paper mainly revolves around these two keys. First, the principle of sliding mode variable structure control and the mathematical model of permanent magnet synchronous motor were analyzed in consideration of load disturbance rejection algorithm’s research perspective. The mathematical model of the traditional sliding mode observe