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1、本科毕业设计文献综述题目:基于嵌入式系统的永磁同步电机控制系统设计与实现作者姓名张伟博指导教师孙明轩所在院系信息工程学院专业班级 电气0702完成日期2011.28基于嵌入式系统的永磁同步伺服电机控制系统设计与实现摘要：本文首先介绍了同步电机的概述,发展现状,工作原理和伺服系统的模型。然后介绍了矢量控制的基本思想和基本原理。本文重点分析了变结构滑模控制系统,包括滑模面的研究,以及趋近律的设计。最后简单提了下永磁同步电机的发展前景。关键字：同步电机,矢量控制,滑模控制,变结构。1永磁同步电机简介1.1永磁同步伺服电机概述同步电动机的转速是由定子电流交变频率和极对数决定的[1]。在电励
2、磁的同步电动机中,允许电动机在任何功率因数下工作。自控式调频方法从根本上解决了振荡、失步问题。因此,同步电动机变频调速的应用范围越来越广阔,在电气传动领域里占有相当大的比重。随着电机制造与控制技术的飞速发展,加之大规模集成电路、半导体功率器件和微处理器技术的进步,伺服技术作为自动化的基础技术,有了革命性的进步。再加上永磁铁的加入,使得电机的效率更高,体积更小,永磁同步电机的特点是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组,从而省去了励磁线圈、滑环和电刷。因此永磁伺服电机得到了广泛的发展和应用。20世纪80年代以来,具有高磁能积(Br≥1T,Hc≥80kA/m)、价格低廉的钕铁硼(N
3、dFeB)永磁材料的出现,使永磁同步电动机得到了很大的发展,世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电动机及其伺服控制器的热潮,尤其在数控机床,工业机器人等小功率的应用场合,永磁同步伺服电机是主要发展趋势。1.2永磁同步电机伺服系统的国内外发展现状最早对永磁同步电机的研究主要集中在固定频率供电的永磁同步电机运行特性方面,尤其是对稳态特性和直接起动性能方面的研究。从80年代开始,国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行研究。逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同,但在大多数情况下无阻尼绕组。无阻尼绕组可以防止永磁材料温度上升,使电机力矩惯量比上
4、升,电机脉动力矩降低等优点。在逆变器供电情况下,永磁同步电机的原有特性将会受到影响,其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点。G．I乙Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求,8提出了现代永磁同步电机的设计方法,设计出了高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电动机,使永磁同步电动机伺服驱动性能得到了提高。D．Nuanin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统,采用16位单片机8097作为控制器,实现高精度、高动态响应的全数字控制。永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器大多采用比例积分(N)控制。N控制器具有结构简单、性能良好,对被控制对象参数变
5、化不敏感等优点。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能。N．Matsui,J．H．1ang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电动机调速系统。仿真和实验结果表明,自适应控制技术能够使调速系统在电动机参数发生变化时保持良好的性能。通过对电动机参数变化进行在线辨识,并运用辨识的参数对调速系统进行控制,也能够提高控制系统的鲁棒性。B．K．Bose等人一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用,并取得了很好的研究成果。与此同时,国外一些著名的公司,如日本的FANUC、安川、富士通、松下,美国的AB公司、科尔摩根公司,德国的西门子公司,法国的BBC公司、韩国三星公司等
6、不断推出交流伺服驱动产品。随着DSP技术的飞速发展,永磁同步伺服系统的数字化正在快速地进行着。天津大学、华中科技大学、沈阳工业大学等研究了单片机或DSP构成的全数字交流伺服系统,采用预测控制和空间矢量控制技术,改善电流控制性能和系统响应精度,并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用,不仅使系统获得高精度、高可靠性,还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。1.2永磁同步电机工作原理当永磁同步电机通入由三相逆变器经脉宽调制获得的正弦交流电源后,电机的定子绕组会产生一个旋转磁场,它与转子永磁体磁钢所产生的磁场互相作用,产生一个与定子绕组旋转磁场方向一致的转矩。当电磁转矩克服了转子本身的惯
7、量和由永磁体磁钢所产生的阻尼转矩时,电机就开始转动起来,并且不断加速,直至定子旋转磁场带动转子永磁体磁钢一起同步运行。为了获得最大转矩,输入到三相绕组的正弦波电压必,须使得定子磁通和转子磁通的夹角接近90°。为此,必须通过合适的电子控制来使得电机能够正常运行,而其中最重要的是获得转子的位置,转子的位置可以通过位置传感器来获得,也可以通过无传感器控制算法计算来获得。1.3永磁同步电机伺服控制系统永磁同步电动机伺服系统的基本结构如图1所示。8图1永磁同步伺服系统其基本工作
