基于xc167ci的直流無刷電機高精度伺服系統設計
任志斌，朱俊林
（江西理工大學機電工程學院，贛州341000）
摘要：為了提高直流無刷電機伺服系統的控制性能，轉矩控制及位置調節器設計是關鍵。傳統的無刷直流電機在換相期間會產生很大的轉矩脈動，該文在分析無刷直流電機數學模型和換相原理的基礎上，提出了一種新的無刷直流電機換相轉矩脈動抑制方法。其次，位置伺服采用了模糊自適應pid控制器實現快速跟蹤控制，采用此法能夠克服單純使用pid控制存在的超調和振蕩，使系統輸出超調明顯減小，定位速度得到提高。在實驗系統中，采用以xc167 ci控制系統組成的伺服系統證明所提出的方法對于提高系統的性能是有效的，最后將其成功應用于自行研制的高壓輸電線巡檢機器人控制系統中，獲得了滿意的效果。
關鍵謂：直流無刷電機；高精度；抑制轉矩脈動
中圖分類號：tm36 +1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0057-04
o引 言
隨著工業技術的飛速發展，要應用到大量的伺服驅動，且對它們的性能提出了嚴格的限制。永磁無刷直流電機由于功率密度大、體積小、結構簡單、容易控制等特點，在辦公自動化、計算機外圍設備、航空、機器人、軍事等伺服控制方面獲得了廣泛的應用。在理想的狀況下，無刷直流電機( bldcm)是梯形波反動勢和方波電流，因而產生的電磁轉矩是恒定的。但實際上，由于換向相換相的影響，非換向相電流會發生波動，從而產生電磁轉矩的脈動，而電磁轉矩脈動問題制約了其在要求高精度高穩定性場合的應用，解決其轉矩脈動問題一直是工程技術工作者研究的熱點與難點。另外，對于存在嚴重非線性及時變性的大功率被控對象，常規pid控制難以保證系統的靜態與動態性能，這是因為常規pid控制局限于線性系統，過分依賴于控制對象的模型參數，魯棒性差。如果能實現pid控制器的參數在線自調整，適應被控對象的參數變化和工作條件變化，就可以較好的克服常規pid控制器的缺點。目前，在線調整pid控制器的參數的方法有很多，也各有特點。對于實際工程土的應用面言，利用模糊控制規則在線對pid參數進行修正是一個較為行之有效的方法。
本文以直流無刷電機為控制對象，設計高性能的伺服控制系統。關鍵解決兩個問題：
①轉矩控制，使轉矩脈動盡量��；
②調節器的設計靜動態需求。
1控制策略分析
1.1轉矩脈動抑制
電機由普通的三相電壓型逆變器供電，本系統采用單極性調制方式on_pwm型，其調制方式如圖1所示。
下面在on—pwm調制方式下，當a相換到b相，在換相前有：
可解得：
則非換向相的平均電壓為：
式中，d1為兩相導通時pwm的占空比。
在上橋臂從a相到b相換相期間，其電壓方程如下：
可解得：
則非換向相的平均電壓：
式中，d2為換相期間pwm占空比。
從(7)式和(12)式可以看出，非換向相的平均電壓在換相期間發生明顯的變化，這種變化產生脈動電流。而無刷直流電機的電磁轉矩的 |
