高响应交流永磁伺服系统快速电流环带宽扩展方法

交流永磁伺服控制系统中现有电流采样和脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)占空比更新的方法延迟时间较长,在一定程度上会影响电机的电流环带宽和动态特性;针对该问题,建立了电流环闭环系统数学模型,分析了电流环的内部延迟和影响电流环带宽的因素,在此基础上提出了一种通过改进电流采样与PWM更新时间的电流环带宽扩展方法。该方法通过提前PWM占空比更新时机来降低电流采样和PWM占空比更新之间的延迟,减小信号传输滞后,从而扩展电流环系统的闭环带宽,提高系统响应速度。仿真与实验结果表明,相比现有电流采样方法,采用新方法的交流永磁伺服控制系统的电流环具有更宽的带宽和更高的动态响应能力,从而提高了交流伺服系统的动态响应能力和稳态精度。该方法可为交流伺服系统在机器人、高端智能装备等对响应速度和定位精度要求较高领域的应用提供参考。

永磁伺服系统转速跟踪控制与数据驱动的参数设计方法

在永磁伺服控制系统中,传统的转速控制策略在低频段存在幅值与相位偏差问题,降低了转速跟踪控制精度。为解决该问题,该文提出了一种高精度的转速跟踪控制策略与数据驱动的参数设计方法。主要思路是在转速控制环节串联一个滞后-超前补偿器,用以校正低频段的幅值与相位;以低频段补偿后的幅值及相位误差最小为优化目标,同时约束补偿器在全频带范围内的最大幅值增益和相移,设计了一种数据驱动的补偿器参数优化方法,并对补偿后控制系统的性能进行了分析评估。实验结果表明,基于实验数据所设计的补偿器在转速指令频率小于1 rad/s的低频段区间内,转速跟踪误差小于2 r/min,相较于传统方法控制精度显著提升;在跟踪转速阶跃指令时,该文方法和传统方法的控制效果相当,这说明该文方法在改善低频段跟踪性能的同时,保持了控制系统在中高频段原有的幅频和相频特性。

高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

永磁伺服电机复合模型预测控制

永磁电机效率和功率密度高、力矩和惯量比大,是工业伺服领域的主流电机。伺服控制技术是充分发挥永磁电机优势、提升伺服系统运行性能的关键。目前,永磁伺服系统多采用多环级联的比例-积分(PI)控制器,但由于积分器的滞后效应,PI动态响应速度较慢,抗干扰能力较差,难以满足机械臂、精密加工等高性能伺服控制的动、静态性能要求。因此,提出一种广义模型预测控制与有限集模型预测控制相结合的复合模型预测控制策略。此外,还提出一种广义模型预测控制的低运算量实现方法及一种机械参数估计方法。试验结果表明,所提复合模型预测控制可提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

基于三角函数正交性的永磁伺服系统机械参数辨识

为抑制永磁伺服系统机械参数不确定对系统控制性能的影响,提出一种利用三角函数正交性进行机械参数辨识的方法。给电机施加两个不同幅值、相同角频率的机械角速度指令,通过正弦、余弦函数在不同区间内的积分实现系统摩擦系数与转动惯量的解耦,在提高辨识精度的同时消除了不定负载转矩对黏滞摩擦系数、库仑摩擦系数和转动惯量辨识结果的影响。利用辨识得到的机械参数值对负载转矩进行观测,并针对系统的摩擦转矩、负载转矩进行对应的前馈补偿。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,机械参数辨识误差在1%左右,进行前馈补偿后转速环的控制性能得到一定的提升。

永磁伺服电机嵌入式位置检测系统的设计与实验研究

阐述一种永磁伺服电机嵌入式位置监测系统设计。此系统设计主要包括电机驱动模块、激励信号产生模块、TMR感应模块、预处理电路模块、时栅信号处理模块等功能模块,可实现永磁伺服电机的非破坏性位置检测。同时,根据系统设计搭建实验平台,并由此确认此系统具有较强的可行性。

基于普通精度增量式编码器的永磁伺服电机低速检测与控制优化方法研究

针对永磁同步伺服电机传统控制方法的缺点,提出了一种基于普通精度增量式编码器的低速检测与控制优化方法。在普通低速区,该方法通过扩展M/T法来提高速度检测精度;在超低速区,采用一种改进的T法进行闭环跟踪反馈以实现高精度的速度检测,同时,采用参考速度自适应的PI控制方法,从而获得较好的速度控制性能。最后,在DSP控制器和永磁无刷伺服电机上进行了实验,实验结果表明,所提的优化策略提高了系统低速时的动态性能,扩展了系统的调速范围。

永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究

针对永磁伺服电机转子偏心对电机综合性能的影响,以一台14 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,建立了电机二维电磁场数学模型,给出了求解域以及相应的边界条件;采用有限元计算方法,计算分析了永磁电机转子偏心对气隙磁场的影响,给出了转子偏心影响气隙内谐波磁场的变化规律,并与部分实测数据进行了对比。在气隙谐波磁场分析的基础上,定量分析了气隙谐波磁场的变化对电机输出转矩和电机转子表面涡流电密的影响,给出了静态偏心、动态偏心以及不同偏心程度情况下电机输出转矩、电机转子涡流损耗的变化规律,并进一步揭示了涡流损耗变化的机理,为深入研究永磁电机偏心对电机性能的影响提供了理论基础。

交流永磁伺服系统控制策略研究

电机控制方法主要有矢量控制和直接转矩控制两种控制方法。在系统控制结构、控制方法对系统硬件的要求、系统的控制性能等方面对两种控制方法做比较分析。结果表明,直接转矩控制方法对系统控制的硬件要求较高、低速性能较差、电机调速范围较窄,适用于速度变动范围不宽的调速系统。而使用矢量控制方法时,系统调速范围较宽,低速性能良好。根据永磁同步电机的自身特点,只有选择矢量控制方法才能满足交流永磁同步伺服系统的控制要求。

绕组分布对永磁伺服电机电磁场与温度场影响的研究

永磁伺服电机采用不同的绕组分布形式对电机的电磁场和温度场均会产生一定的影响,文章以一台8极10 k W的永磁伺服电机为例,建立不同绕组分布的永磁伺服电机模型,对比分析电机不同绕组分布对电磁场和温度场的影响。首先,采用时步有限元计算方法对永磁伺服电机谐波磁场变化进行分析,基于傅里叶谐波分解理论给出电机内各次谐波的变化情况。然后,结合电机转矩脉动系数的分析对不同绕组分布下的永磁电机转矩脉动进行研究,给出电机转矩波动随绕组分布形式的变化规律;其次对电机各损耗的变化规律进行分析,并揭示电机内谐波磁场对电机损耗的影响机理。在损耗研究的基础之上,进一步对不同绕组分布下的永磁伺服电机绕组温度与永磁体温度进行分析,给出不同绕组分布下的温度变化规律。最后,结合有限元计算结果及相关实验验证计算分析的准确性,并进一步揭示双层绕组分布在永磁伺服电机提高电机综合性能方面的作用。

Halbach永磁伺服电机结构研究及优化设计

在分析Halbach电机结构及磁场特性的基础上,对三种Halbach结构永磁伺服电机性能进行了对比研究,并对极间隔断Halbach永磁伺服电机在气隙长度、磁体厚度、磁体块数、磁极配比对径向气隙磁场的影响进行研究,以找出结构尺寸对电机性能影响的一般规律。提出了两种新型Halbach电机改进结构,并对性能进行了仿真研究,最后确定了优化的Halbach电机结构。

等效热网络法在永磁伺服电动机温度场研究中的应用

永磁伺服电动机是近年来发展较快的一种高效电机,具有高效节能、体积小、应用场合广泛的特点。针对一台10 k W永磁伺服电动机进行了研究,建立了热网络模型,计算得到各个节点间热阻;在电机额定运行工况下利用热平衡原理建立了热网络关键节点平衡方程组,对永磁伺服电动机内部主要位置的温升进行解析计算,获得了试验样机的温度场分布;结合有限元分析方法,分析了机壳散热面积的变化对电机内部温度场的影响,得到了机壳散热面积对电机内部温度分布的影响机理;最后通过上述分析,比较了热网络法与有限元法的优缺点,并结合相关实验,证明了热网络法在永磁电机温度场计算中快速、准确的优点,为永磁伺服电动机温度场方面的研究提供了一种快速有效的方法。

永磁体失磁对永磁伺服电机性能的影响研究

永磁体失磁是永磁伺服电机常见故障之一,其失磁程度的不同将会造成电机性能不同程度的改变。以一台12.5 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,研究了永磁电机失磁对气隙磁场和电流的影响。基于傅里叶谐波分解理论对电流进行谐波分解,给出了电流谐波随不同永磁体失磁率的变化规律。在此基础之上对电机的功率因数、效率、损耗、最大转矩及其过载能力进行研究,给出了电机不同性能参数随转子永磁体失磁率的变化规律,并进一步揭示了电机失磁对电机性能影响的机理,所得出的结论为进一步研究永磁伺服电机故障容错及其可靠性奠定了一定的基础。

水冷永磁伺服电机温升关键问题的研究

文章用流热耦合法对水冷永磁伺服电机温升关键问题进行了研究。为得到合理的冷却水流速,文章理论分析了冷却水流速对电机温升的影响,得到紊流状态下电机温升和冷却水流速间的关系曲线。随着冷却水流速的增加,电机温升变化率在减小,最后趋于饱和。建立电机模型,用有限元流体场仿真软件Fluent对其进行仿真计算,并对样机额定工况不同水速进行试验验证。仿真计算、理论推导和试验能够保持一致。综合考虑散热效果和外部驱动泵损耗,给出所研究电机合理的冷却水流速,对水冷电机冷却系统设计具有指导意义。

永磁伺服系统控制方案选择

介绍了目前广泛使用的电机调速的两种控制方案 :矢量控制技术和直接转矩控制技术。简要介绍了两种控制方法的原理 ,并从系统控制结构、两种控制方案对系统硬件要求、控制性能等方面对两者做比较 ,由此确定永磁同步伺服系统的控制方案 ,并给出两种控制方法实验的主要波形。

永磁伺服电机的鲁棒控制技术

伺服电机及控制器的性能对于先进运动控制系统是至关重要的。文中给出了永磁伺服电机的模型 ,分别介绍了几种鲁棒控制理论在伺服电机中的应用 ,并对用于实现这些先进控制算法的数字信号处理器 (DSP)也作了强调说明 。

快响应稀土永磁伺服系统的控制策略

控制系统的构成及控制策略是决定伺服系统响应性的关键 ,文章重点介绍了 2 .2 k W稀土永磁伺服系统的 DSP+ CPL D数字控制器的构成、控制过程 ,提出了实现伺服系统快响应性的控制策略 ,实测结果表明 :2 .2 k W稀土永磁伺服系统从 + 3 0 0 0 r/ min至 -3 0 0 0 r/ min的阶跃响应时间仅为 45ms,且伺服系统超调小。

交流永磁伺服系统技术讲座 第五讲 交流永磁伺服电动机(二)

三三相永磁同步电动机的数学模型(1)电压方程PMSM的定子和普通电励磁三相同步电动机的定了是相似的。如果永磁体产生的感应电动势(反电动势)与励磁线圈产生的感应电动势一样,也是正弦的,那么PMSM的数学模型就与电励磁同步机基本相同。在推导中,做了如下假设:

Halbach永磁伺服电动机气隙磁场优化研究

构造了一个目标函数,按"望小"原则反映气隙磁场畸变率的大小。对Halbach永磁伺服电动机气隙磁场影响较大的五个参数分别采用田口(Taguchi)法、模式搜索(PS)法、遗传算法(GA)进行优化,仿真结果对比分析得出了三种优化方法的优劣。在该基础上提出了两种新型混合优化方法,即田口-PS和GA-PS混合优化,对比研究了五种优化方法,突显了新型优化的优越性和可行性。