基于三相步進電機的2D伺服閥控制器的研究.pdf

1、電液伺服閥是電液伺服控制系統(tǒng)中的主要元件，它將輸入的微小電信號轉(zhuǎn)化為大功率的液壓信號（壓力和流量），在整個液壓伺服系統(tǒng)中起核心作用。電液伺服閥因為動態(tài)響應(yīng)快、精度高、功率重量比大等優(yōu)點，所以應(yīng)用非常廣泛。
　　2D伺服閥由敏感腔、高低壓孔以及螺旋槽等組成伺服螺旋機構(gòu)，將閥芯的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成閥芯的軸向位移，達到功率放大作用。這種特有的集導(dǎo)控級和功率級于一體的結(jié)構(gòu)使得2D伺服閥具有體積小、抗污染能力強、動態(tài)響應(yīng)快的特點。2D伺服閥的性

2、能除了與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，在很大程度上還取決于其電-機械轉(zhuǎn)換器，因此，本論文以三相步進電機作為電-機械轉(zhuǎn)換器，對其及其控制器進行研究。以TI公司的TMS320F2812和IRF64N組成的三相橋式驅(qū)動電路為控制器核心而進行設(shè)計，克服了早期集成式驅(qū)動芯片對電流的限制，提高了電-機械轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動力矩以及響應(yīng)速度;采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)以及電流、速度、位置三閉環(huán)控制算法，解決了響應(yīng)速度和控制精度之間的矛盾，實現(xiàn)了基于三相步進電機轉(zhuǎn)子

3、角位移在任何位置的快速精確定位。
　　具體研究內(nèi)容及成果如下:
　　1.研究2D伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，并進行數(shù)學(xué)建模和理論分析。通過MATLAB軟件對數(shù)學(xué)模型進行必要的仿真分析，研究出影響2D伺服閥動靜態(tài)特性主要因素，為實現(xiàn)對2D伺服閥控制方案的設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。
　　2.研究2D伺服閥電-機械轉(zhuǎn)換器（三相步進電機），建立了數(shù)學(xué)模型以及Simulink仿真模型，并且進行了仿真分析，為電-機械轉(zhuǎn)換器的控制技術(shù)及其線路

4、板的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。
　　3.基于SVPWM技術(shù)以及id=0的矢量控制方法，進行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)和仿真建模，根據(jù)仿真的結(jié)果，又注入了三相電機轉(zhuǎn)子位置的電流、位置、速度三閉環(huán)控制算法。仿真結(jié)果表明，在420Hz處幅值衰減-3dB，在390Hz處相位滯后90°，得出相位滯后對頻寬的影響較大。階躍響應(yīng)的上升時間為5.5ms，穩(wěn)態(tài)誤差幾乎沒有，超調(diào)量小，不存在震蕩。結(jié)合電-機械轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)整體的控制框圖及其控制算法，設(shè)計出了2D伺服閥控制器，

5、實現(xiàn)了對三相步進電機轉(zhuǎn)子位置的精確控制。
　　4.對設(shè)計出來的控制器進行了動靜態(tài)實驗，實驗結(jié)果表明，與早期設(shè)計的集成驅(qū)動式控制器相比，對應(yīng)-90°，-3dB的頻率從110Hz提升至210Hz，階躍響應(yīng)的上升縮短至7ms，表明電-機械轉(zhuǎn)換器具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，同時也說明控制器設(shè)計的合理性。搭建了2D伺服閥實驗平臺，測試出空載流量特性上升時間為15ms，頻寬約為150Hz，穩(wěn)態(tài)誤差幾乎沒有，且超調(diào)量小（7％左右）。表明該2D數(shù)字