伺服电动机广泛的应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化(FA)设备中,在实际运行时会对起动时间有明确要求,因此动态特性成为考核其性能的一项主要指标。永磁伺服电动机又因结构简单、体积小、运行可靠等优点,而在伺服电动机领域占据主导地位。国内对于正弦波永磁伺服电动机设计和动态特性的优化设计研究还甚少,所以本文研究的正弦波永磁伺服电动机的动态特性的优化设计具有实际工程意义。 本文以表面安装式三相正弦波永磁伺服电动机为研究对象,介绍了这种电机的结构、工作原理和控制方式;随后简要阐述了它的设计方法和思路,并利用Ansoft软件中的RMxprt设计了一台样机,Maxwell 2D有限元(FEA)辅助计算了电机的工作特性。通过与实验数据比较,证明RMxprt电机设计软件设计电机精度能满足实际工程的需要,有限元辅助计算结果准确。 本文又从电机的统一理论出发,以他励直流电动机为模型,通过求解电机的运动方程,找出影响一般伺服电机动态性能的因素;随后还通过永磁伺服电动机实际工作特性曲线分析了其在伺服驱动器控制下动态特性的表现形式。 本文通过分析影响伺服电机动态性能的因素,给出了关于起动时间的优化目标函数表达式,并且详细分析和讨论了函数表达式中的电机设计变量对电机动态特性的影响,从而为伺服电机设计时设计变量数值选定指明方向。利用讨论所得的结论,对样机进行了动态特性的优化设计,并对电机的工作特性做了仿真和计算,计算结果表明电机在保证满足一般工作特性的前提下,减小了电机的起动时间,改善了样机的动态特性。在永磁伺服电动机动态特性优化设计的基础上,本文最后还简要的讨论了如何优化异步伺服电动机的动态特性。