基于磁场定向控制的交流伺服电机驱动技术设计与分析

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随着电力电子技术的发展和计算机技术的不断进步,以及现代控制理论的不断创新,交流伺服系统作为现代主力驱动设备,在机器人、数控机床和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用,是现代化工业生产不可或缺的一部分。本文以永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的驱动技术为主要研究方向。基于磁场定向控制(Field Oriented Control,FOC)的基本思想,推导了永磁电机在转子同步坐标系下的物理方程和运动方程,分析了此模式(FOC)下的电机控制流程。在此基础上,本文对交流电机的驱动技术进了详细的探讨,重点研究了空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse-Width Modulation,SVPWM)技术的相关问题。永磁电机伺服驱动中,电流环是基础的一环,电流环的带宽和精度是实际驱动性能的核心制约因素。以提高系统电流驱动环节的带宽和精度为目标,本文对SVPWM的调制过程进行了优化,并重点关注了逆变桥的功率器件开关频率和功率器件死区时间对具体调制过程的影响[1],通过对死区时间误差的理论分析与计算,给出了误差补偿的解决方案,并整合到SVPWM的调制过程之中。经Simulink的仿真验证,上述SVPWM调制方式和误差补偿方案均可靠有效,提高了伺服系统电流跟踪的精度。最后,本文基于dSPACE公司的实验平台,进行了基于磁场定向控制的永磁电机SVPWM驱动实验。实验结果证明了前文控制及驱动算法的正确性与可行性,为相关算法及理论的产业化应用打下了实践基础。
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