【摘 要】
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随着科学技术的不断发展,现代工业生产中对于加工速度、精度等都提出了更高的要求。永磁同步电机以其加工效率高,工作噪音低和动态响应性能较好等优势被广泛应用于电动汽车、数控加工和机器人控制等工业领域,提升永磁同步电机交流伺服控制系统的动态性能,对于工业技术的发展进步非常必要。电流环为控制系统的最内环,其性能的好坏能够直接对整个伺服控制系统的性能造成影响,目前应用最广泛的基于DSP芯片和PI控制的电流环性
【基金项目】
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湖北省重点研发计划项目:基于新一代人工智能的数控系统控制技术研究与应用(项目编号2020BAB038);
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随着科学技术的不断发展,现代工业生产中对于加工速度、精度等都提出了更高的要求。永磁同步电机以其加工效率高,工作噪音低和动态响应性能较好等优势被广泛应用于电动汽车、数控加工和机器人控制等工业领域,提升永磁同步电机交流伺服控制系统的动态性能,对于工业技术的发展进步非常必要。电流环为控制系统的最内环,其性能的好坏能够直接对整个伺服控制系统的性能造成影响,目前应用最广泛的基于DSP芯片和PI控制的电流环性能已经遇到瓶颈。因此本文以提升伺服控制系统电流环动态响应性能为目标,对电流环带宽拓展的关键技术展开研究。为突破传统DSP控制芯片对电流环性能的限制,本文基于具有高计算性能和并行计算特点的FPGA芯片对电流环算法进行研究。结合FPGA芯片的特点,首先提出了一种基于电流过采样的即时PWM更新控制方法,与现有的PWM更新策略进行对比分析,此方法能够进一步减小电流环中电流采样PWM更新之间的延时,有效提升电流环带宽。在Simulink环境下搭建了相应的的仿真模型,并通过仿真实验证明了基于电流过采样的即时PWM更新控制方法的有效性。为了减小电流环电流控制器的控制延迟,本文提出了一种引入积分补偿的无差拍电流预测控制算法,此方法能够在控制系统电机电感和永磁体磁链估计参数与实际参数存在误差的情况下,保留无差拍电流预测的高带宽和计算简单等优势,同时解决由于参数误差导致的dq轴电流静差的问题。同样在Simulink环境下建立了无差拍电流预测电流环伺服控制系统及积分补偿方法的仿真模型,对算法分析过程中得出的结论进行了验证。基于以上研究,搭建了基于DSP 28379D+Spartan6 FPGA的永磁同步电机实验平台,完成了基于FPGA的电流环算法的设计与实现,在此基础上对本文提出的电流环带宽拓展方法进行了实验验证,实验结果可以得出本文提出的电流环带宽拓展方法能够提升永磁同步电机电流环带宽。
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