交流伺服电机控制研究

摘要

交流伺服系统涉及数控产业、装备制造业、信息产业以及材料等诸多行业，它的发展直接关系到整体数控设备的性能发挥。自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、材料技术、传感器技术、电力电子技术微电子技术、控制技术以及计算机技术等支撑技术的快速发展，伺服技术取得了巨大的进步。尤其是矢量控制技术的发展，使得交流电机的高动态响应的转矩制得以实现，极大地提高了交流伺服系统的性能，从而使得交流伺服系统在各种应用领域充分展现了高精度、高动态性能高可靠性、高效率、体积小、重量轻。

本论文主要论述同步交流伺服电机控制系统。系统主要由功率变换、脉宽调制（SPWM）控制技术、矢量控制技术对同步电机进行驱动，由位置传感应、电流传感器、速度传感器等进行反馈，运用多种控制策略进行控制，如：电流/电流/速度环控制策略、位置控制策略、半闭环与全闭环。

关键词　 控制系统   伺服电机   传感器  控制策略  

目录

摘要 1

第1章 伺服系统概述 4

1.1 伺服系统的基本概念 4

1.1.1 伺服系统的定义 4

1.2 交流伺服系统的构成 4

1.2.1 交流伺服电机 5

1.2.2 功率变换器 6

1.2.3 传感器 6

1.2.4 控制器 6

1.3 交流伺服系统的控制方式 7

1.4 交流伺服系统的常用性能指标 8

第2章 感应电机伺服控制系统 10

2.1 感应电机伺服控制系统的构成 10

2.2 感应电机的数学模型与坐标变换 10

2.2.1 矢量控制的基本思路 10

2.2.2 三相静止坐标下感应电机的数学模型 11

2.3 感应电机的矢量控制 13

2.3.1 转子磁场定向M-T坐标系中的基本方程 13

第3章 永磁同步电机伺服控制系统 15

3.1 永磁电机伺服控制系统的构成 15

3.2 永磁同步电机的结构与工作原理 15

3.3 永磁同步电机的数学模型 16

3.3.1 永磁同步电机的基本方程 16

3.3.2 永磁同步电机的d、q轴数学模型 18

3.4 正弦波永磁同步电机的矢量控制方法 20

3.4.1=0控制 20

3.4.2 最大转矩控制 21

3.4.3 弱磁控制 22

3.4.4 cos∅=1控制 22

3.4.5 最大效率控制 23

3.5 交流伺服电机的矢量控制系统状态方程与控制框图 23

第4章 交流伺服系统的功率变换电路 25

4.1  伺服系统功率变换主电路的构成 25

4.2  PWM控制技术 27

第5章 交流伺服系统常用的传感器 28

5.1 位置传感器 28

5.1.1 旋转变压器 28

5.1.2 旋转式感应同步器 29

5.2 速度传感器 30

5.2.1 测速发电机 30

5.2.2 数字转速传感器 32

第六章 交流伺服系统常用的控制策略 34

6.1 基于滞回单元的有限时间整定控制 34

6.1.1 基于滞回单元的有限时间整定控制的原理 34

6.2 非线性规范模型跟踪控制的原理 35

6.2.1 非线性规范模型跟踪控制的原理 35

6.3自校正控制系统（STCS） 36

6.4专家系统及专家控制 36

总结 37

参考文献 38

致谢 39