【摘 要】
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在全社会集中力量推动产业升级的大背景下,发展高端制造业成为时代的迫切需求,作为加工制造设备核心组件的伺服系统的控制性能是制约加工水平的关键因素。伺服系统常以永磁同步电机作为控制对象,但由于电机自身非理想的结构特点和逆变器里的非线性因素的影响使得电机输出转矩存在明显脉动,这导致伺服系统控制精度降低,限制了国产伺服在高精尖制造领域的应用。基于提高电机输出转矩平滑性的目的,本文就永磁同步电机转矩脉动抑制
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在全社会集中力量推动产业升级的大背景下,发展高端制造业成为时代的迫切需求,作为加工制造设备核心组件的伺服系统的控制性能是制约加工水平的关键因素。伺服系统常以永磁同步电机作为控制对象,但由于电机自身非理想的结构特点和逆变器里的非线性因素的影响使得电机输出转矩存在明显脉动,这导致伺服系统控制精度降低,限制了国产伺服在高精尖制造领域的应用。基于提高电机输出转矩平滑性的目的,本文就永磁同步电机转矩脉动抑制策略展开研究。
首先,本文对转矩脉动的产生机理进行了分析,表明是齿槽转矩、磁通谐波、死区效应、电流采样误差这四种原因导致转矩脉动产生。其次,针对死区效应这一单一因素,推导出死区效应引入的电流谐波的方程,并提出一种新颖的检测谐波幅值的方法,通过闭环反馈将电流谐波幅值控制为零,实现有自适应性的死区补偿方法。再次,考虑到可以通过抑制电流谐波来抑制转矩脉动,提出谐振控制器方案,由于电流环延时的存在,一般的准谐振控制器方案为系统带来了巨大的失稳风险,据此提出一种新的具有三个自由度的谐振控制器方案,该方案在抑制转矩脉动的同时也保证了电机高速运行时的稳定性。接着,因为转矩脉动最终会导致转速脉动,即转速状态中包含全部的转矩脉动信息,在转速控制器中使用迭代学习控制抑制转速脉动,可以间接抑制各种频率的脉动转矩。
最后,本文搭建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型和物理实验平台,对文中提及的各种方法一一进行了验证,仿真和实验结果表明文中所提控制策略抑制转矩脉动的效果良好,成功提高了控制系统的稳态性能。
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