基于永磁同步电机的高精度电液伺服系统设计

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电液控制系统作为一种机电液复合控制系统,具有效率高、带载能力强、响应速度快、功率密度大等优点,在现代民用领域和军事领域有广泛应用。本课题研究的基于永磁同步电机的电液伺服系统通过调节伺服电机的转速来控制定量泵的转速,进而实现精确的速度流量控制和压力控制。它克服了普通泵控电液系统和阀控电液系统成本高、效率低、维护困难等不足,具有成本低、控制精度高、调速范围宽、节能效果好、自动化程度高等优点。并针对影响电液伺服系统性能的两个主要问题负载参数变化和压力脉动,提出了新的解决方法,通过实验验证了方法的有效性。本文首先介绍了系统的软硬件整体方案,建立了电液伺服系统平台。并针对永磁同步电机控制算法进行了研究,建立了基于磁场定向矢量控制的永磁同步电机SVPWM仿真模型,为完成高性能电液伺服系统的速度控制和压力控制奠定了基础。液压系统具有明显的非线性特点,系统参数的变化严重影响了系统的压力控制性能。本课题对液压被控系统建模分析,针对其特点提出了一种参数辨识方法,辨识出表征系统暂稳态性能的主要参数。并利用辨识结果,在PID控制器中对负载进行补偿,将非线性负载等效为线性负载,提高系统动态性能和稳态性能。该方法简单有效且易于实现,有利于工业生产智能化和自动化的实现。对电液伺服系统平台主要参数进行测定,针对电流环、速度环和压力环分别设计调节器,通过合理设计控制系统使电液伺服系统具有合适的带宽、较高的稳态精度以及良好的抗扰性能,完成流量控制和压力控制并达到良好的暂稳态性能。此外,电液伺服系统在稳压运行时常常会产生难以避免和消除的压力脉动,影响控制精度和系统稳定性。为了解决此问题,本课题采用高频脉动信号注入的方法来主动补偿固有压力脉动,减小压力纹波。通过实验证明了此方法能够有效减小压力脉动,提高系统控制精度,达到高精度压力控制的目的。
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