永磁同步电机数字交流伺服控制技术分析

随着现代工业对精密化、高速化、高性能的要求的不断发展，传统的控制器在高要求的场合已经不能够胜任，在很多要求高实时性，高效率的场合，就必须要用专门的数字信号处理器(DSP)来代替传统的控制器的部分功能。特别是在控制算法复杂或对算法进行改进优化的时候，DSP独特的快速计算的能力就明显的体现出来。

另外，随着集成电路制造技术的进步和电力电子技术的发展，交流伺服也得到了长足的发展。集三相逆变器和保护电路、隔离电路、能耗制动电路等功能为一体的智能功率模块、先进的电力电子器件的出现、使交流伺服控制更方便、功耗更低、开关时间更短、变频范围更宽、性能更优越。这些都使交流伺服相对直流伺服体现出了明显的优越性。

1 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。系统的硬件结构如图1所示。

图1硬件结构图

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。系统的控制框图如图2：

图2控制系统框图

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。

2 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。