交流伺服电机的数字化控制系统

运动控制系统交流伺服电机的数字化控制系统成员：祁梦云、孙雪涵、唐朝勇、陈治强、林勇一、交流伺服电机的发展现状

随着数控技术的迅速发展，伺服系统的作用与要求越显突出，交流伺服机的应用也越来越为广泛。针对直流电动机的缺陷，如果将其里外作相应的调整处理，即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时随着矢量控制方法的实用化，使交流伺服系统具有良好的伺服特性，其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。二、伺服系统

伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。三、交流伺服电机控制系统的类型一、模拟形式二、数字形式三、软件形式四、系统概述

交流伺服数字化系统的硬件由DSP作为信号处理器，用旋转编码器和电流传感器提供反馈信号，智能功率模块IPM作为逆变器，经传感器出来的信号经过滤波整形等处理后反馈给DSP进行运算，DSP经过对参考信号和反馈信号的处理运算来调节伺服系统的电流环，速度环，和位置环的控制，最后输出PWM信号经过隔离驱动IPM模块实现电机的伺服闭环控制。图1：硬件结构图图2：控制系统框图

系统的控制为三环控制方式，位置控制是外环，也是最终目标，速度控制是中环，电流控制是内环。为了保证动态响应速度和定位时不产生震荡，电流环和速度环均采用PID调节，位置调节器采用PI调节。编码器检测的转子位置实际信号与系统给定位置信号进行比较，比较后的差值经位置调节器PI调节后输出转子转速给定信号，给定转速信号再与编码器检测的实际速度信号进行比较，比较后的差值经速度调节器调节后，输出给定电流指令值，在于电流反馈实际值比较后进行PWM控制。六、矢量控制在同步电机中，励磁磁场与电枢磁通势间的空间角度不是固定的，因此调节电枢电流就不能直接控制电磁转矩。通过电机的外部控制系统，对电枢磁通势相对励磁磁场进行空间定向控制，控制两者之间的角度保持固定值，同时对电枢电流的幅值也进行控制，这种控制方式就称为矢量控制。矢量控制也就是通过控制两相的转子参考坐标d-q轴的电流来等效控制电枢的三相电流。通过前面的系统控制框图可以清楚理解这种等效，可以用下面的公式表示：

由电机非负载轴端安装的编码器随时检测转子磁极位置，不断的取得位置角信息，通过检测实时的知道了θ，也就是说能够进行实时的坐标变化，变换后的电流对逆变器进行控制，产生PWM波形去控制电机。七、位置及速度的检测

交流伺服电机内装有编码器进行位置及速度的测量，大多数情况下，直接从编码器出来的信号波形不规则，还不能直接用于控制，信号处理和远距离传输，所以要对信号进行整形和滤波变成矩形波后再反馈给DSP，处理后的两路相互正交的编码器信号A、B经过电压变