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随着工业智能化程度的不断提高,促进了机器人产业的飞速发展,为了满足工业领域对机器人性能指标日益增长的要求,因此,对机器人驱动电机的合理选型和设计高效的电机驱动控制器也就显得尤为重要。永磁同步电机(PMSM)由于具有结构紧凑、工作效率高和调速性能好等优点,目前已被广泛应用于电动汽车、航空、航天、电力牵引等工业领域,因而,PMSM作为机器人的驱动电机可以显著提高其工作性能。此外,功率器件又是电机驱动控制器中的核心组成部分,对其工作效率、控制精度和可靠性起着至关重要的作用。与传统电机驱动控制电路中采用Si功率器件相比,新一代SiC功率器件具有开关速率快,耐高温和工作能力强等优势,由此可见利用SiC功率器件设计的PMSM驱动控制器能够进一步提高机器人的工作效率、动态性能及其可靠性。所以,基于传统的Si-PMSM驱动控制器被SiC功率器件驱动控制器所代替将是未来技术发展的趋势,会受到越来越多的关注。 本文首先详细介绍了SiC功率器件的发展现状,以及与传统Si基功率器件相比,SiC功率器件在PMSM驱动控制电路应用中所具有的性能优势和目前国内外相关研究进展。然后,简要介绍了本文研究的目标PAR4并联机器人的结构,以及选用PMSM作为PAR4关节处使用的驱动电机。 其次,对PMSM建立了三种不同坐标系下的数学模型,并介绍了有关PMSM矢量控制策略和SVPWM技术。与此同时,在实际工程应用设计中,需要分析SiC功率器件的静动态特性、损耗、以及电路中寄生参数对其开关瞬态和其他元件的影响,以便系统前期的分析和效率估算,因此本文详细讨论了高精度SiC-MOSFET模型的建立问题。此外,由于SiC功率器件的高速开关特性可能会引起电机驱动控制器中桥臂串扰问题的产生,导致其功率管直通现象的发生,所以本文还重点分析了桥臂串扰产生的机理和一种抑制其串扰产生的方法。 最后,在理论研究的基础上,本文详细介绍了基于DSC(dsPIC33EP256MC506)和SiC-MOSFET(SCT2120AF)的驱动控制器设计原理,重点对比分析了SiC-MOSFET驱动电路与Si-MOSFET驱动电路的不同,设计了系统PCB板图,并且介绍了PMSM控制系统的软件设计流程。然后,结合软硬件设计搭建了实验平台,并对其进行了调试,获得了与MATLABSimulink仿真建模结果相一致的实验结果,验证了整个系统,特别是SiC-MOSFET驱动电路设计的正确性与合理性,而且还证明了SiC功率器件在开关速度上的优越性能,为后续深入的研究打下了基础。