交流伺服电机的速度控制

1 伺服控制报告 永磁交流同步伺服电机的速度控制

机自73组员： 张乐 07011061 张强 07011061 李祚 07011061 刘晓宇 07011061 陈建伟 07011061 1

目录 永磁交流同步伺服电机的速度控制 ............................................................................................... 1 1 伺服系统简介 ........................................................................................................................... 1 2 绪论........................................................................................................................................... 1 3 总体方案设计 ........................................................................................................................... 1 3.1 控制单元 ....................................................................................................................... 2 3.2 位置反馈装置 ............................................................................................................... 2 3.3 功率驱动单元 ............................................................................................................... 2 4 系统硬件设计 ........................................................................................................................... 2 4.1 控制模块 ....................................................................................................................... 2 4.2 驱动模块 ....................................................................................................................... 3 5 系统软件设计 ........................................................................................................................... 4 5.1 定时器中断服务程序 ................................................................................................... 5 5.2 转子位置及速度计算程序 ........................................................................................... 6 5.3 AD转换及数据处理程序 ............................................................................................ 7 5.4 驱动故障保护程序 ....................................................................................................... 8 6 系统数学模型及仿真 ............................................................................................................... 9 7 系统控制策略的选择 ............................................................................................................. 11 7.1 电流内环P调节器的分析与设计 ............................................................................. 11 7.2 电流环内各环节数学模型的建立 ............................................................................. 12 7.3 速度外环传统PI调节器的分析与设计 ................................................................... 14 8 基于LabWindows/CVI的系统控制软件设计...................................................................... 17 8.1 关于LabWindows/CVI .............................................................................................. 17 8.2 控制软件设计 ............................................................................................................. 18 8.3 发送任务 ..................................................................................................................... 18 8.4 接收任务 ..................................................................................................................... 19 8.5 用户交互任务 ............................................................................................................. 20 8.6 事件及其处理方法 ..................................................................................................... 20 9 设计小结 ................................................................................................................................. 22 1

永磁交流同步伺服电机的速度控制 1 伺服系统简介 伺服控制用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统,又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）

2 绪论 伺服电机属于一类控制电机，分为直流伺服电机和交流伺服电机两种。由于交流伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性能等优点，故被广泛地应用于自动控制系统和自动检 测系统中作为执行元件，将控制电信号转换为转轴的机械转动。由于伺服电机定位精度相当高，现代位置控制系统已越来越多地采用以交流伺服电机为主要部件的位置控制系统，本文介绍永磁交流同步伺服电机的速度控制

3 总体方案设计

交流伺服系统一般包括上图所示几个部分：功率驱动单元、位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元及电流反馈单元等。由于本文主要进行速度控制，因此将上图简化后得到本次设计结构如下：

速度控制 功率驱动 电机及

负载 码盘

位置反馈 S 2

3.1 控制单元 控制单元是整个交流伺服系统的核心，包含着系统位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器。数字信号处理器(DSP)已被广泛应用于交流伺服系统，世界各大芯片公司也推出了面向电机控制的专用DSP芯片。

3.2 位置反馈装置 位置反馈装置是交流伺服系统的重要组成部件，选择的是否合理直接关系到系统的静态及动态特性。目前常用的位置传感器主要有高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁性编码器等元件。

3.3 功率驱动单元 功率驱动单元采用全桥不控整流，三相电压型逆变器变频的Ac。DC—AC结构。逆变部分采用集成驱动电路、保护电路积功率开关于一体的智能功率模块(IPM)，开关频率可达20KHz。 实际工作时通过计算机上的控制元件向伺服系统发出指令，伺服系统控制伺服电机运动，通过安装在转轴上的光电编码器测得电机的转动信息。当电机转动时，光电编码器随着转动，能够产生a、b两路脉冲信号，这两路信号相差90°相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。如果a相脉冲比b相脉冲超前则电机正转，反之则电机反转。通过对这两路正交信号在一定时间内的计数，可以计算出电机当前的转速。然后对预定值与测量值进行比较，将差值通过D／A转换器转换成电压信号输出给驱动器，从而实现对伺服电机的闭环控制。