是近年来围绕提高其伺服控制器性能目标在系统控制策略上作了大胆的探索和研究,提出了一些新的思路,采用了一些具有智能性的先进控制策略并取得了一些具有实用性意义的成果。
但是 PMSM 自身就是具有一定非线性、强祸合性及时变性的“系统”,同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,加之系统运行时还受到不同程度的干扰,因此按常规控制策略很难满足高性能 PMSM 伺服系统的控制要求a。
为此,结合控制理论新的发展,引进一些先进的“复合型控制策略”以改进 PMSM 伺服系统控制性能。
随着微电子学及计算机控制技术的发展,高速、高集成度、低成本的微处理器问世及商品化,使全数字化的交流伺服系统成为可能。
通过微机控制,可使电机的调速性能有很大的提高,使复杂的矢量控制得以实现,大大简化硬件,降低成本,提高控制精度,还能具有保护、显示、故障监视、自诊断、自调试及自复位等功能。
另外,改变控制策略、修正控制参数和模型也简单易行,这样就大大提高了系统的柔性、可靠性及实用性。
近几年,在先进的数控交流伺服系统中已采用高速数字信号处理芯片Digital SignalProcesso:简称 DSP 。
目前,多家公司都推出了专门用于电机控制的DSP。
它的指令执行速度达到每秒数百兆以上,且具有适合于矩阵运算的指令,可实时产生平滑的参考信号,适应不同的控制要求,完成系统速度环、电流环以及位置环的精密快速调节和复杂的矢量控制算法,并产生高分辨率的 PWM 输出集成的电机 如控制所需的外设, A/D. 1/O、定时器、PWM 发生器、串口通讯等等,使得应用 DSP的系统所需器件很少,可靠性增强,且可以满足越来越小型化的要求在极端环境温度条件下,仍具有良好的稳定性和线性性,可提供可预计的输出特性。
这些特性保证了用于电机控制的算法,如 PID 控制、矢量控制、滑模变结构控制等可以高速、高精度的完成。
因此,采用高性能数字信号处理器的全数字交流永磁伺服系统是交流伺服系统的重要发展方向之一。
国外最新推出的高性能交流伺服系统几乎全都实现了数字化,并且都采用了 16位或 32 位高速信号处理器芯片,有的还采用了运算速度更快的 RISC 芯片。
国内在这方面的研制工作也取得了长足的进步,目前己有全数字化交流伺服系统的系列产品问世。
但我国的电机控制技术,与国外还有很大的差距,并且这种差距又有逐渐增大的趋势。
四、PMSM 伺服系统的发展趋势及意义 永磁同步(PMSM)伺服驱动技术是一门包含着丰富内容的综合性技术,自世界上第一台伺服控制系统出现以来,伺服驱动技术就一直不断发展,尤其是各种现代控制理论的产生和广泛的具体应用,一方面为高性能伺服驱动系统的研制提供了理论依据,另一方面也使高性能伺服系统实现全数字化、智能化、微型化成为可能。
高性能伺服系统的发展趋势主要表现在: 1 永磁同步电机的应用越来越广泛。
永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大、效率高、转子消耗小等一系列优点,在医疗器械、仪器仪表、化工轻纺以及家用电器等方面正得到日益广泛的应用,并且成为新一代的航空,航天和航海用电机,加上我国又是永磁材料的生产大国。
所以,在我国永磁电机的应用有着广阔的发展前景。
2 高性能控制策略广泛应用于交流伺服系统。
传统控制器的设计通常需要被控对象有非常精确的数学模型,而永磁电机是一个非线性多变量系统,难以精确的确定其数学模型,按照近似模型得到的最优控制在实际上往往不能保证最优,受建模动态,非线性及其他一些不可预见参数变化的影响,有时甚至会引起控制品质严重下降,鲁棒性得不到保证,所以有必要研究一种新型的高性能的控制策略,来弥补这种缺陷和不足。
随着高性能的微处理器应用于 AC 伺服系统,在控制上由通常所采用的 PID 控制规律,开始转向现代控制理论,如自适应控制、人工智能、模糊控制、变结构控制、神经元网络等新型控制系统而且采用高性能控制策略的控制系统具有很好自适应能力和抗干扰能力,能够在参数时变及干扰等恶劣的工况下保证系统良好的动态和稳态性能。
3 伺服系统向着全数字化的方向发展。
全数字交流伺服系统就是将伺服电机的位置环、速度环、电流环控制和监控通讯功能全部由软件完成。
交流伺服系统全数字化之后不仅使其控制系统的体积大大缩小,可靠性明显提高,而且还便于一些自适应控制等先进控制策略的实现,极大增强了 AC 伺服系统设计与使用的柔性,可满足高精度数控机床、机器人、特种加工装备精细进给的需要,代表 AC 伺服系统的发展水平和主导方向。
4 DSP 在交流伺服系统中得到广泛的应用。
传统的基于单片机的电机控制系统,需要较多的外部硬件,运算速度不高,难以实现一些较为复杂的控制算法,实时性很难得到保证,因而随着对控制性能越来越高的要求和控制方法复杂度的提高已经很难适应实际的要求。
DSP 控制器由于其本身的特点成为永磁电机控制的必然选择。
DSP 具有超强的数据处理能力和很快的数据处理速度,由 DSP 来实现控制算法,大大的简化了硬件,降低了成本,提高了系统的控制精度和可靠性。
基于 DSP 的永磁电机控制系统满足现代电机控制的基本要求:信号处理快而准确实时完成复杂的控制算法;精确而快的 PWM 输出;能满足要求增加功能和智能的需求;性能价格比高。
5 伺服系统中所用的电力电子器件不断向高频.
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