【摘 要】
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永磁同步电机(PMSM)伺服驱动技术在计算机数字控制车床、制造业机器人等生产应用方面使用频繁。在工作过程中,如果电机产生振动,数控机床和工业机器人的工作精度会降低,使得产品质量下降。由此可见,PMSM电机伺服系统的振动抑制研究十分必要。转矩、摩擦等扰动因素引起的伺服系统振动可视为线振动,而自抗扰控制(ADRC)技术把所有扰动都归纳统一为外部扰动,并通过扩张状态观测器(ESO)观测到伺服电机包括振动
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永磁同步电机(PMSM)伺服驱动技术在计算机数字控制车床、制造业机器人等生产应用方面使用频繁。在工作过程中,如果电机产生振动,数控机床和工业机器人的工作精度会降低,使得产品质量下降。由此可见,PMSM电机伺服系统的振动抑制研究十分必要。转矩、摩擦等扰动因素引起的伺服系统振动可视为线振动,而自抗扰控制(ADRC)技术把所有扰动都归纳统一为外部扰动,并通过扩张状态观测器(ESO)观测到伺服电机包括振动信号在内的扰动信号,通过ADRC技术消除干扰引起的振动,从而准确控制电机位置,可以达到振动抑制的目的。本文首先对永磁同步电机(PMSM)的构造及机理进行了阐述。基于表面式永磁同步电机(SPMSM),在dq坐标系下对电机的数学模型进行分析,采用矢量控制方案的_di(28)0控制方式。之后以速度、电流双闭环为基础,详细介绍了空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基本原理与具体达成步骤,为伺服系统控制的最终目标实现奠定理论基础。通过对比研究不同位置控制方案在控制效果上的区别,分析了PID在伺服系统位置控制中的应用,并针对PID控制存在的一些问题进行改进,在详细了解ADRC的原理后提出了将ADRC算法应用于伺服系统位置控制中。经过Simulink仿真对比,证明自抗扰控制技术可以改善伺服系统位置控制的精度与灵敏度,减小线振,达到抑制振动的目的。说明了ADRC控制算法在振动抑制中的作用。本文搭建了基于永磁同步电机的伺服系统试验平台,并在试验平台上对研究内容的可行性进行实验与分析。伺服系统的设计分为硬件设计和软件设计。硬件设计中的核心控制芯片选用ST公司生产的STM32F407芯片,并对电源电路、电流采样电路、位置传感器电路等硬件电路进行设计;软件设计主要有系统主程序和中断服务程序的设计。最后,为了验证研究的可靠性与实用性,在试验平台上对永磁同步电机的位置控制效果进行了验证。结果表明,采用ADRC算法的PMSM位置控制响应迅速、灵敏度高,可以精确的控制位置,有振动抑制的性能。
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