精密伺服永磁同步電動機系統(tǒng)及其低速力矩平穩(wěn)性能研究.pdf

1、計算機數(shù)字控制(Computer Numerical Control,CNC)齒輪測量裝置作為齒輪、刀具等現(xiàn)代工業(yè)零部件的測量平臺，在保證機械加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用。為了實現(xiàn)高精度測試，齒輪測量裝置對于旋轉(zhuǎn)軸電動伺服系統(tǒng)的低速性能和力矩平穩(wěn)性有嚴(yán)格的要求。永磁同步電動機具有功率/體積比大的優(yōu)點，同時具有接近直流電動機的調(diào)速性能，近些年來永磁同步電動機在 CNC齒輪測量裝置中逐步取代直流電動機作為旋轉(zhuǎn)軸電動伺服系統(tǒng)。本文主要研

2、究工作是圍繞適應(yīng)齒輪測量裝置對永磁同步伺服電動機系統(tǒng)的低速性能、力矩平穩(wěn)性能需求展開的。
　　本文首先對永磁同步電動機本體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。研究齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機理；在此基礎(chǔ)上分析了極數(shù)和槽數(shù)的組合對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，通過合理選擇極數(shù)和槽數(shù)組合來削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。從不等厚磁鋼設(shè)計思想出發(fā)，對永磁同步電動機氣隙磁場進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使電機空載反電動勢呈正弦分布以及降低由較低次氣隙磁場諧波引起的力矩波動成分。
　　結(jié)合永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型

3、并在此基礎(chǔ)上討論了永磁同步電動機的矢量控制理論及電流控制方案，分析空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的基本原理并給出其實現(xiàn)方法，并且對低速大力矩永磁同步電動機的運行中的問題進(jìn)行了分析。從滑模變結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，針對永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)，設(shè)計基于邊界層法的滑模變結(jié)構(gòu)速度環(huán)控制器，相對于常規(guī)滑?？刂破?，能夠克服在滑模面附近的高頻抖振，提高了穩(wěn)態(tài)精度。分析死區(qū)效應(yīng)對力矩波動的影響，通過合理判斷定子電流矢量所在扇區(qū)補償平均誤差電壓，從而減小死區(qū)效

4、應(yīng)引起的電流畸變。在Matlab仿真平臺下建立了永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行PID控制器和滑模變結(jié)構(gòu)控制器的對比仿真分析，及死區(qū)效應(yīng)補償方法仿真分析。
　　最后對以TMS320F2812為核心控制芯片的全數(shù)字化永磁同步電機控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計，對控制系統(tǒng)硬件和軟件各部分的結(jié)構(gòu)和功能作了詳細(xì)闡述。建立低速、大力矩的永磁同步伺服電動機系統(tǒng)實驗平臺，并進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果驗證了理論和仿真分析的正確，