2基于08的永磁同步电机软件式交流伺服系统张东亮艾兴1许传俊2张承瑞1.山东大学机械工程学院；2.山东大学控制科学与工程学院济南25，61制系统。无分利用几15322436外设接口丰富运算速度快的特点，采用坐标变换砑备，头现软忤式又流伺服系统的位置与速度控制。介绍软件交流何服系统结构与控制软件体系，并进步给出了实验研究结果。0引言伺服系统广泛用于数控机床机器人印刷包装食品输送纺织等自动化机械设备。
近年来，随着计算机电力电子控制理论永磁电机材料等技术的发展，伺服技术己迎来了新的发展机遇。何服系统由传统的步逃伺服直流伺服发展到以永磁电机。感应电机为伺服电机的新代交流伺服系统。
由于永磁伺服电机具有转子转动惯量小，响应速度快，效率高，功率密度高，电机体积小，消除电刷而减少噪音和维护等其他电机难以比拟的优点，在高性能位置伺服领域，由其为伺服电机组成的伺服系统，用越来越广泛。永磁尤刷电机有两种形式方波式和正弦波电势电机即永磁无刷直流电机，其控制原理由直流电机发展而来，采用两组接通控制策略，jl，波又暖电机即永磁步电机PMSPel.manentMislltSylu.l.onousMol.，其，作原理由交流屯机矢量控制变频调速。发城祀它采用相接迪控制策略，山弦电流！汜动以获得更好的忡能如无转矩波动等4.木文1要研究以1说1为伺服电机的伺服系统。
通常伺服系统的组成1.其核心为伺服电机的抟制系统。交流电机的控制采用噔标变换磁场定向矢量控制。其控制兑法较为夂杂。，服控制器可以由模拟电路实现梭拟控制，也可以由数字电路十六位单片机如80，96实现部分数字控制。新代先进处理器的出现，进步发展到伺服系统的全数字全软件控制。先进处理器是指近来推出的几类高速控制制造业自动化。艾兴，中国工程院院士，教授。博导。许传俊，教授。张承瑞。教授博导。
性能处蔌。器如数卞信号处理器呢，1如5呢挪01精简指令系统微处理器犯3，并行处理器。软件伺服控制是将何服系统的电流环违嗖环与位置环企部用计算机软件丈现。为进步采用神经网络专家系统模糊控制等智能抟制理论。并采用高速络通讯接，实现汗放式运动拧制系统打下基础。
控制系统米用美国德州仪器公司最新推出的，24303为控制核心，组成的伺服系统只需要很少的系统元件，其性能高，成本较低。
木文探讨51软件式交流伺服系统的数学模咐控制策略4系统结构。并进步给出其软件体系和实验研宄结果。
1伺服系统控制理论分析1永磁同步伺服电机矢量控制矢量控制的思想是将交流电机定子相静止坐标物理量变换到转子旋转坐标，从而实现交流电机的解塍拉制。对厂相永磁1步伺服电动机对称接法。迎常无中线，相电流之和为零，个变量只有两个是独立的，即这时坐标变换的公式可以得以简化，相到两相静止坐标变换即变换的关系式为两相静止坐小货换到转子旋转十标即，货换，其中，9为转子轴领先定子相的电气角度。
叫标变换。定1电压71河以大为尚化，和应的1十知迪压与程即；方程为其中。为定子1屯1；=1心为微分算广；为电气角度，度，0心为轴磁链。，+，=广。市为转子永磁体磁链，为常数。为心轴电感。
电磁转矩方杓为其中，心为电机极付数。
可电磁转矩由两项组成，第项为基本转矩，与交轴电流成正比；第项为磁阻转矩。纪由由少电感不同造成的，力，轴电流的乘积成旧比。如不考虑上及应，即。=1=乙0，则该项为零。而机械运云力方程为由上述电压方程和运动方程可得到以，为状态变量的同步伺服电机状态方程。
它是多变量非线性状态方程即包含，9轴坐标电枢电流心的乘积项，且之间有费合关系。由于存在这耦合，电磁转矩不能实现线性化控制。
交轴电流为转矩电流分量，对电磁转矩的产生起主要作用。通常励磁电流分量对电磁转矩的产生贡献不大，且存在使永磁体去磁的可能，故控制，则电磁转矩方程和轴电压方程分别为电磁转矩与交轴电流成正比，这类似于传统直流电机，则能够实现电磁转矩的线性化控制。因此，采用=，的矢量控制，可以得到优良的转速控制特性。
1.2电压空间矢量，界河方法脉宽调制1是利用半导体开器件的导通断把直流七压变成电吒脉冲序列，并通过控制脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到调压调频控制谐波等目的。，贾倏刂萍，术从电压波形正弦到电流波形正弦，再进步发展到磁通正弦即空间电压矢量法，贾添。3贾河是从电机的角度出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场即正弦磁通。它以相正弦波电压供电时交流电机的理想磁通轨迹为基准，用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，从而达到较高的控制性能，即可以获得更小的电流谐波圯人的电源电压利用51.
个开关钤可以形成8个开关量，分别对应8个空间矢量，以和的开关状态来衣0001导通，0截止。而4的状态付应的人和正好相反。
中6种状态0010为1；矢量。6种非零矢量输出电压，并在电机中形成6个工作磁链矢，以6种+14工作矢量所形成的实际磁链来追踪相对称正弦波供电时定子上的理想磁链圆，即可得到，1调制时的等效基准磁链圆。矢请3.当输出屯压矢量旋转到某扇15，由组成该扇的两个非零矢量，+，分别作用712时间，时间分解3.为补偿6的旋转频率，插入零矢量，1或0，时间为了，以中，7为，周期。
入偏差信号，心为比例系数，7为积分，间常数。
若采样周期2取得足够短，贝1离散化的，1达式为其中，是为米样序号；女为第左次采样时刻的控制器输出值灸为第次采样时刻的输入值；积分系数尺尸尺心。
这种算法的局限在由于运行时较大的给定值变化及负载变化会导致控制器变量及输出的饱和与溢出，这种非线性可能，加系统的超调量和调整时间，导致系统动态性能变差。为解决这问，可以增加个积分校正环节。当控制量进入饱和区后，进行积分校正，执行削弱积分的运算，这样可以避免控制量长期停留在饱和区。带输出限幅与积分校正环节的数字，1算法如下而积分项1.4控制原理综上所述，位置伺服系统的控制原理4.系统的位置环速度环与电流环全部山软件实现均采用数字调节器。坐标变换矢尉空制空间矢量，等均由软件完成。
位置检测采用，试式光屯编码器。转速由机械位过9微分求得。，〉外面的位置环可以实现速度伺服系统的控制。
2伺服控制系统硬件与软件实现21系统硬件构成及基本特性伺服系统主要由用于控制的3243，3板50逆变器功率放大板和永磁同步伺服电机及其同轴光电编码器等组成。功放板包括添03厂1功率场效应管逆变桥及其驱动电路21323，还包括电流检测电路等。本系统采用逆变器桥臂串接电阻并结合软件的方法，可以实现低成本的电流检测。
243，诰哂斜6位定点，3内核，指令系统丰富灵活。运算速度为20正3，即指令周期为5，8.它采用先进的改进型哈佛结构，程序存储器和数据存储器具有各自独立的数据总线和地址总线，分开的程序与数据存储空间使得可以并行访问程序与数据。用于数据读和写的地址总线各自分开，使得在个指令周期内可以完成数据的存入取出操作。这种高速运算能力使得些复杂控制算法如智能控制能得以实现实时运算。
事件管理器对运动控制提供了些非常有用的功能。1两个16位通用定时器丁25，叫厂产生采样周期作为比较，儿产1殪输出的时间基准作为1路的，间基准只能用了2等。2比较单元与，贾厘输出。共有3个全比较单元，每个全比较单元以定时器打为时间基准，可输出2路带可编程死区的，贾肘信号，3个全比较单元可输出6路互补的飞1信1.迎过设置丁1为+同工作方式，选择输出非付称1波形付称巧1波形和空间矢量1波形。31交编码脉冲，接单元。对光电编码器输出的相差90的15两路脉冲信号可进鉴相和4倍频。
外设接口单元提供了方便的输入输出控制电路。1个准双位人，电路，包含内部采样保持电路，共8个，通道。每个通道的最大转换时间仅为0.85化完成两相电流的检测只需1.721异步串行接口父1和1同步中接口15.31为通月，收发器，入取，可用于与写，型ㄑ懂3监视定时器界0与实时定时器中断豇监控系统软件及硬件工作，在0口工作混乱时，产生系统复位。5冗人现场总线模块。
基于1的软件式伺服控制系统结构5所服系统的电流速度和位丑反馈信号分别由丁河3320243，3的入，转换接口和单元输入控制器输出直接控制比较中。元的比较从而控制输你阶脉冲的宽度，1信号经功率场效应饩飞构成的桥式逆变电路驱动伺服电机。用3，接口完成与上位机的串行通讯功能。通过上位机可以设定参考给定位置速度电流，也可将位置速度电流反馈检测量实时传送到上位机从也可以通过数字扩展的键盘设定给定，由巧接完成串行驱动数码管显功串行通讯网络接口。
22软件结构伺服系统软件包枯上位小机部分和奶控制部分。软件实现1述的抟制原理及系统功能。位机软件为用广阁形界面。采月+编程设计，通过；1；行通讯实现设定与状态显不等功能。
1方控制软件采用汇编语言与0语言结合编程，利用集成开发环境，进行开发调软件可分为以下逻辑层接口层实时中断层数据层和管理层。10接口层包括13，接口串行5基于啊的软件式伺服控制系统通讯；2，人00接口用厂电流检测；3接口用于产生逆变器命令定时器了1产生，贾1周期；4定时器了1用于产生电流速度与位置采样周期；5，儿和定，器丁2斤测量电机转产位置。实时中断以包括定时器丁1实时中断人0转换中断和串行通讯实时中断。在定时器丁1实时中断程序中，进行正弦函数查坐标变换数字，1控制等。10数据交换层包括串行接收与发送数据交换，屯流。速度。位置给定值与测吊值数据交换。管理层机十位机命令解释参考给定生成运动语言解释程序键盘显小1人机接口等。
3实验结果实验装置由永磁同步伺服电机03板逆变器功放板和台奔腾计算机组成。伺服电机内装分辨率为500线1的光电脉冲编码器，倍频后为2000脉冲1.，用于速度控制与位置控制的反馈。永磁同步伺服电机的规格参数为额定转矩乃1=28.叫额定电压，=19，额定电流，1.2人；相电阻及=5.25；相电感1厂=90，反电势常数1先后边七速度控制与位置控制实验。，1频率的选择取决于电气，间常数，本系统PWM频率选为20kHz.位置拧制，轴llJf轴电流控制参数采样周期=100μs，比例系数夂= 0.45，积分系数夂1=0.47；速度控制器参数7=18，尺200，人=20位置拧转速响应曲线和位置响应曲线分别67，性能曲线由4运动控制实验记录7.实验明，采用了肘3320243，3为核心组成的软件伺服系统，可以实现快速和高精度的速度与位置伺服控制。
4结论理论与实验明，矢量控制算法能够实现永磁同步电机的无脉动转矩实时控制，定户电流的幅伉无论是瞬态还是稳态总是可以控制的。空间矢景算法适合丁。与矢，控制兑法配合产生永磁1步电机参考给定电压。05为核七组成的伺服控制系统，只需很少的系统兀件，其性能高，成本较低。所选定点，3是目前用于运动控制方面比较理想的选择，其价格低于通常模拟电路伺服系统实现软件数字控制后，系统的控制精度功能和抗干扰性都得到了很大提高。所提出的基于，5的永磁同步电机软件式交流伺服系统结构与控制方法可以用于数控机床工业机器人等领域。
栽鸢免
QQ交流群
