【摘 要】
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伺服控制系统是运动控制的基础,影响着机器人、先进加工领域、航空航天等领域中运动控制系统的整体性能。国内伺服行业开始晚,技术方面沉淀较为不足。但随着近些年研究深入,伺服系统的性能逐渐提升,厂家和品牌林立,并在国内占据越来越多的市场份额。而在各类电机类型中,深受电气工程师喜爱的交流永磁同步电机由于其特有的优势迅速脱颖而出,成为主流存在。在振镜扫描系统中,大功率激光加工产品依旧受制于国外,原有方案大都采
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伺服控制系统是运动控制的基础,影响着机器人、先进加工领域、航空航天等领域中运动控制系统的整体性能。国内伺服行业开始晚,技术方面沉淀较为不足。但随着近些年研究深入,伺服系统的性能逐渐提升,厂家和品牌林立,并在国内占据越来越多的市场份额。而在各类电机类型中,深受电气工程师喜爱的交流永磁同步电机由于其特有的优势迅速脱颖而出,成为主流存在。在振镜扫描系统中,大功率激光加工产品依旧受制于国外,原有方案大都采用音圈电机来实现小镜片的摆动,但在大功率激光系统中,由于将承受不了大功率普通镜片替换为惯量较大的金属振镜,音圈电机无法适用,则改为永磁同步电机伺服系统,使振镜进行高频率、小幅值振动,这要求伺服的电流环带宽较高。因此,文章着眼于电流环内各类延迟的减小,从多种算法出发,研究并应用融合进伺服系统电流环中,实现带宽延拓。首先,依据永磁同步电机矢量控制理论,对其中基本的、重要的计算过程或算法作简明阐释;依据系统数学模型,建立电机等被控对象的古典控制理论模型,理论分析影响电流环带宽因素,于MATLAB中验证正确性;在Simulink中构建仿真平台,分析原PI控制下系统对高频输入信号的响应性能,用有效模型面向后面的改进算法设计任务。其次,分析PI控制算法存在的问题,研究并应用了电流预测控制算法,为电流环中计算延迟的减小增添助力,同时分析了对电流环延迟减小的有效性;另外,现有系统采用双次采样双次更新策略较多,为进一步提升电流环动态响应速度,在文章中提出过采样更新策略,使得PWM更新延迟的时间进一步缩短,进行了仿真验证。接着,基于前述两种算法,提出相对应的死区补偿算法,详细介绍相关原理,进行了算法对减小给定电压误差补偿效果的验证工作。最后,综合前述多种算法,在仿真平台和硬件平台上予以验证。依据不同算法,在上位示波器软件中对电流和位置作对比,优化改善了电流环控制算法,提升了带宽,并可满足铝制激光振镜伺服系统的工作要求。
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