基于xc167ci的直流無刷電機高精度伺服系統(tǒng)設(shè)計
任志斌，朱俊林
（江西理工大學機電工程學院，贛州341000）
摘要：為了提高直流無刷電機伺服系統(tǒng)的控制性能，轉(zhuǎn)矩控制及位置調(diào)節(jié)器設(shè)計是關(guān)鍵。傳統(tǒng)的無刷直流電機在換相期間會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩脈動，該文在分析無刷直流電機數(shù)學模型和換相原理的基礎(chǔ)上，提出了一種新的無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法。其次，位置伺服采用了模糊自適應(yīng)pid控制器實現(xiàn)快速跟蹤控制，采用此法能夠克服單純使用pid控制存在的超調(diào)和振蕩，使系統(tǒng)輸出超調(diào)明顯減小，定位速度得到提高。在實驗系統(tǒng)中，采用以xc167 ci控制系統(tǒng)組成的伺服系統(tǒng)證明所提出的方法對于提高系統(tǒng)的性能是有效的，最后將其成功應(yīng)用于自行研制的高壓輸電線巡檢機器人控制系統(tǒng)中，獲得了滿意的效果。
關(guān)鍵謂：直流無刷電機；高精度；抑制轉(zhuǎn)矩脈動
中圖分類號：tm36 +1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0057-04
o引 言
隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，要應(yīng)用到大量的伺服驅(qū)動，且對它們的性能提出了嚴格的限制。永磁無刷直流電機由于功率密度大、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、容易控制等特點，在辦公自動化、計算機外圍設(shè)備、航空、機器人、軍事等伺服控制方面獲得了廣泛的應(yīng)用。在理想的狀況下，無刷直流電機( bldcm)是梯形波反動勢和方波電流，因而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是恒定的。但實際上，由于換向相換相的影響，非換向相電流會發(fā)生波動，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的脈動，而電磁轉(zhuǎn)矩脈動問題制約了其在要求高精度高穩(wěn)定性場合的應(yīng)用，解決其轉(zhuǎn)矩脈動問題一直是工程技術(shù)工作者研究的熱點與難點。另外，對于存在嚴重非線性及時變性的大功率被控對象，常規(guī)pid控制難以保證系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)性能，這是因為常規(guī)pid控制局限于線性系統(tǒng)，過分依賴于控制對象的模型參數(shù)，魯棒性差。如果能實現(xiàn)pid控制器的參數(shù)在線自調(diào)整，適應(yīng)被控對象的參數(shù)變化和工作條件變化，就可以較好的克服常規(guī)pid控制器的缺點。目前，在線調(diào)整pid控制器的參數(shù)的方法有很多，也各有特點。對于實際工程土的應(yīng)用面言，利用模糊控制規(guī)則在線對pid參數(shù)進行修正是一個較為行之有效的方法。
本文以直流無刷電機為控制對象，設(shè)計高性能的伺服控制系統(tǒng)。關(guān)鍵解決兩個問題：
①轉(zhuǎn)矩控制，使轉(zhuǎn)矩脈動盡量�。�
②調(diào)節(jié)器的設(shè)計靜動態(tài)需求。
1控制策略分析
1.1轉(zhuǎn)矩脈動抑制
電機由普通的三相電壓型逆變器供電，本系統(tǒng)采用單極性調(diào)制方式on_pwm型，其調(diào)制方式如圖1所示。
下面在on—pwm調(diào)制方式下，當a相換到b相，在換相前有：
可解得：
則非換向相的平均電壓為：
式中，d1為兩相導(dǎo)通時pwm的占空比。
在上橋臂從a相到b相換相期間，其電壓方程如下：
可解得：
則非換向相的平均電壓：
式中，d2為換相期間pwm占空比。
從(7)式和(12)式可以看出，非換向相的平均電壓在換相期間發(fā)生明顯的變化，這種變化產(chǎn)生脈動電流。而無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩的 |
