曾群：電機(jī)高精度控制研究

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1、電機(jī)高精度控制研究曾群ResearchforhighspeedmotorvectorcontrolZengQunAbstract：Commonpositionsensorscannotachievedetectionoftherotorpositionwithhighprecisionathighspeed,whichbadlyhindersthedevelopmentofservocontrolforhigh-speedmotors?Inthispaperanovelsingle-polemagneticencoderhasbeenproposedforp

2、recisionfeedbackofrotorpositionofhighspeedmotors,andacompensationalgorithmforfeedbacklaghasbeenputforwardtoensurethecontrolprecision.Controlexperimenthasbeencarriedoutwithapermanent-magnetsynchronousmotor（PMSM）with600W,4pairsofpolesandtheratedrotationspeedof20000r/min,andconfirmsth

3、evalidityofvectorcontrolofhighspeedmotorbyusingthepositionsensorproposed?Keywords：highspeedpermanent-magnetsynchronousmotor；magneticencoder；vectorcontrol摘要：位置傳感器為通用的伺服電機(jī)控制傳感器，但普通的位置傳感器在電機(jī)高速運(yùn)行下很難實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)子位置反饋，制約了高速電機(jī)的使用和發(fā)展。針對此問題，本文嘗試性的提出了一種旨在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，仍能精確反饋轉(zhuǎn)子位置的單對極磁電編碼器，同時(shí)對其反饋滯后的特性也提出

4、了有效的補(bǔ)償方法。并進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)600W四對極、額定轉(zhuǎn)速20000r/min的永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法有效地利用位置傳感器實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)的伺服控制。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；磁電編碼器；矢量控制高速電機(jī)越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、軍事等領(lǐng)域.用高速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，可省去變速裝置，降低機(jī)械振動(dòng)與噪聲，提高運(yùn)行效率和運(yùn)行精度，減小設(shè)備體積.目前高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要采用變頻調(diào)速和無位置傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制?高速電機(jī)的高精度伺服控制技術(shù)發(fā)展緩慢.其主要原因在于，高速下很難實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的精確檢測高速下的轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)是伺服系統(tǒng)向高速

5、高精度方向發(fā)展的一個(gè)必要條件.電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測通常有2種方式：一種是無傳感器方式（如基于狀態(tài)觀測的逼近算法）；另一種是利用位置傳感器（如光電編碼器、磁電編碼器、同步感應(yīng)器等）.無位置傳感的控制方式是目前伺服電機(jī)控制研究的熱點(diǎn)，它在提高系統(tǒng)可靠性、提高高速階段控制性能等方面有一定的優(yōu)勢，但目前單一的無傳感器矢量控制方法還不能夠?qū)崿F(xiàn)從零速啟動(dòng)等其他基本動(dòng)作的控制，因此無法在整個(gè)速度范圍內(nèi)準(zhǔn)確地控制電機(jī)運(yùn)行，不能用于精確的位置控制.對于后者，傳感器結(jié)構(gòu)、敏感元件響應(yīng)時(shí)間等方面的局限使其在高速場合的應(yīng)用受到制約.以光電編碼器為例，高精度伺服控制通常要求編碼器分辨率

6、為14~16位，則在如此高精度的伺服控制屮，要使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上，則要求光敏元件帶寬達(dá)到2MHz以上.高響應(yīng)頻率的光敏元件價(jià)格極其昂貴，而如此高的響應(yīng)頻率甚-至超出了當(dāng)前傳感器行業(yè)的技術(shù)能力.此外光電編碼器均采用實(shí)時(shí)的位置反饋方式，在高轉(zhuǎn)速時(shí)反饋信號頻率過高，通信可靠性很難保證.多極磁電編碼器也存在同樣的問題.綜上可見，在目前位置檢測方法下，高伺服精度和高轉(zhuǎn)速不可兼得.針對此問題，筆者提出一種單極式磁電編碼器的設(shè)計(jì)，此編碼器可在較高轉(zhuǎn)速下反饋16位分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，采用定時(shí)滯后的位置反饋方式，用同步串口以一定的時(shí)間間隔和固定通信頻率上

7、報(bào)絕對角度，通信可靠性高?此基礎(chǔ)上，筆者提出了基于此編碼器的位置反饋滯后補(bǔ)償方法和高速永磁同步電機(jī)的矢量控制方法.仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法成功實(shí)現(xiàn)了對高速電機(jī)的伺服控制.1單極磁電編碼器設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求高速矢量控制要求編碼器具有以下特點(diǎn).（1）高轉(zhuǎn)速下能正常檢測和輸出轉(zhuǎn)子角度.不能采用光電編碼簽實(shí)時(shí)反饋的方式.（2）旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，材料強(qiáng)度較高，耐振動(dòng).為避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，轉(zhuǎn)子和定子之間最好完全無接觸.（3）電機(jī)能夠高精度定位，要求編碼器冇較高的分辨率和精度.圖1編碼器組成和信號傳輸Fig.lStructureandsignaltransmiss

8、ionofencoder1.2組成和信號基于以上要求