稀土永磁无刷直流电动机伺服系统
刘景林;刘小军
【摘 要】介绍了一种基于常规硬件电路实现电气伺服系统的自适应控制的方法,叙述了控制思想,并用80C196KC单片机和常规的硬件电路实现了复杂的控制算法,系统所用电机为方波驱动的稀土永磁无刷直流电动机,位置传感器为简单的霍尔式位置传感器,无速度传感器.实验表明,系统简单、可靠,定位精度、跟踪精度高,系统响应速度快,调速范围宽,电机速度稳定性好,低速转矩脉动小. 【期刊名称】《微特电机》 【年(卷),期】2005(033)004 【总页数】4页(P21-24)
【关键词】电气伺服系统;自适应控制;80C196KC;稀土永磁无刷直流电动机;转矩脉动
【作 者】刘景林;刘小军
【作者单位】西北工业大学,陕西西安,710072;西北工业大学,陕西西安,710072 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
2005a分析饭 持电袖2∞5 年第 4 期 。∥么。勿。 --- ：…………一稀 土 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 伺 服 系 统刘景林 ， 刘 小 军（西北工业大学 ，陕西西安 710072 ） Rare-earthPMBrushlessDCMotorServoSystem LIUJing-lin,
LIUXiao- jun ( NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072,China)摘要 ：
贪绍 了一种基于常规硬件电路实现电气伺服系统的 自适应控制的方法 ，叙述 了控制思想 ，并用 80C196KC 单片机和常规的硬件电路实现了复杂的控制算法 ，系统所用 电机为方波驱动的稀土永磁无刷直流电动机 ，位置传感器为 简单的霍尔式位置传感器 ，无速度传感器。 实验表明 ， 系统 简单 、可靠 ，定位精度 、跟踪精度高，系统响应速度快 ，调速范 围宽，电机速度稳定性好 ，低速转矩脉动小。关键词 ：电气伺服系统 ；自适应控制 ； 80C196KC ； 稀土永磁无刷直流电动机 ； 转矩脉动 中图分类号 ： TM381 文献标识码 ： A文章编号 ：1004- 7018 （ 2005104 - 0021- 04 Abstract:The measure usingsimplehardwareto realize self - adaptationcontrol in electricservo-drive systemis presentedin this paper.Thecontrol idea is describedandthe complicatedcontrol methodis realized by80C196KCwiththe simplehard-ware circuit,the motorinthis systemis rareearLhpermanent magnet
brushlessDCmotordrivingbysquarewave,having HALLasposition sensorwithout speedsensor.Theresultof ex- perimentshowsthat the systemis simple,reliable, highpreci-sion in orientation andtrack, quicklyrespondstospeed,widelyspeedregulation, good stabilityof motorspeed,small torquerip-ple in low speed. Keywords:electric servo-drive system;self -adaptationcontr01;80C196KC;rareearth
permanentmagnetbrushlessDCmotor; torqueripple 1 引 言无刷直 流 电动机既具备交流 电动机 的结构简 单 、运行可靠 、维护方便等一 系列优点 ， 又具备直流 电动机的运行效率高 、调速性能好等诸多特点 ，故在 当今社会各个领域应用 日益普及。 特别是稀土永磁 材料的发展 ，给永磁无刷直流 电动机 的发展开辟 了 新的前景 ， 电机 的性 能有很 大改进 ，其用途更 为广 泛 ，特别适合于对性能 、体积重量要求更高的场合。 传统无刷直流电动机伺服系统的控制结构多采收
稿 日期： 2004-12 -16 改稿 日期 ：2005- 01- 18用速度位置环与电流环双闭环控制 ， 电动机一般为 带转子位置传感器 的方波驱动 电机 ， 电机换 向为 自 控式换向 （ 换 向 由转子位置控制） 。 系统不 能直接 控制电机速度和位置 ， 只是通过调节 电枢电流来调 节电机输出转矩 ，进而控制电机速度和位置 ， 由于电 流与转矩没有严格 的线性关系，再加上机 电时间常 数的影响 ，使得系统很难对速度和位置进行高精度 控制 ，电机转速不稳定 ，而且很难抑制低速时的转矩 脉动 。采用正弦波驱动的电机虽然降低低速转矩脉 动 ，但电机出力小 ，而且控制系统复杂。 采用它控式 换 向（ 同步 电动机运 行方式 ， 换 向不受转 子位置控 制）虽然可 以精确控制速度 和位置 ，但 电机在加速 度较大或负载转矩变化较大时容易出现失步或越步 等不可控状态 ，系统性能很难提高。本文介绍一种用简单的硬件电路控制普通稀土 永磁无刷直流 电机 （ 只带霍尔式位置传感器 ， 方波 驱动） 以达到高性能伺服的方法 ，使系统稳定性高 、 精度高 、可靠性高，而且成本低。 2 系统设计伺服系统的应用 已 十分广泛 ，其组成及性能特 点也各不相 同，工程上对伺服系统的技术要求也有 差别。伺服系统的主要技术指标包括两个方面 ， 一 是对系统基础性能 的要求 ， 包括对系统稳态性能和 动态性能两方面的要求 ； 二是对一般系统的要求 ，包 括工作方式 、 可靠性 、使用寿命 、工作环境 、外形 、重 量 以及经济性等。本伺服系统选择稀土方波驱动的永磁无刷直流 电动机作为系统的执行电动机。 系统在输入与反馈 误差较大时 ，电机为 自 控式换向 ， 以提高系统动态性 能； 误差较小时 ， 电机为它控式换 向， 以提高系统稳 态性能 ，此时采取一定 措施 防止 电机失 步或越步。 因为无刷直流电动机与直流电动机具有相同的机械 特性 ，所以简化的直流无刷电动机动态结构图如图l 所示 ，其传递函数为： [ 稀 土 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 伺 服 系 统饭持电袖 2∞5年第 4 期。∥么。勿。 --- ： Rare earthPMBrushlessDCMotorServoSystem LIU Jing lin, LIUXiao- jun NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072,China)统的
稀土永磁无刷直流电动机伺服系统
