交流永磁同步电机数字伺服技术

 

    服技术是现代工业重要的支柱性技术，随着近年来不断的发展，交流伺服在很多场合
逐 步 取 代 了 以 往 的 直 流 伺 服 技 术 ， 而 三 相 交 流 永 磁 同 步 电 动 机 (Permanent Magnet 
Synchronous Motor,简称 PMSM)是交流永磁伺服电动机的一种，随着永磁体性能的提高和
价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发
热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。在数控机床，机器人

 

等小功率应用场合，已获得了广泛应用。

    随着现代工业对精密化、高速化、高性能的要求的不断发展，传统的控制器在高要求的
场合已经不能够胜任，在很多要求高实时性，高效率的场合，就必须要用专门的数字信
号处理器(DSP)来代替传统的控制器的部分功能。特别是在控制算法复杂或对算法进行改
进优化的时候，DSP

 

独特的快速计算的能力就明显的体现出来。

    另外，随着集成电路制造技术的进步和电力电子技术的发展，交流伺服也得到了长足
的发展。集三相逆变器和保护电路、隔离电路、能耗制动电路等功能为一体的智能功率模块、
先进的电力电子器件的出现、使交流伺服控制更方便、功耗更低、开关时间更短、变频范围

 

更宽、性能更优越。这些都使交流伺服相对直流伺服体现出了明显的优越性。

    

 

系统概述

    交流伺服数字化系统的硬件由 DSP 作为信号处理器，用旋转编码器和电流传感器提供
反馈信号，智能功率模块 IPM 作为逆变器，经传感器出来的信号经过滤波整形等处理后
反馈给 DSP 进行运算，DSP 经过对参考信号和反馈信号的处理运算来调节伺服系统的电
流环，速度环，和位置环的控制，最后输出 PWM 信号经过隔离驱动 IPM 模块实现电机

 

的伺服闭环控制。 系统的硬件结构如图 1 所示。

图 1 硬件结构图

系统的控制为三环控制方式，位置控制是外环，也是最终目标，速度控制是中环，

电流控制是内环。为了保证动态响应速度和定位时不产生震荡，电流环和速度环均采用
PID 调节，位置调节器采用 PI 调节。系统的控制框图如图 2：

图 2 控制系统框图