曾群：電機高精度控制研究

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1、電機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控制傳感器，但普通的位置傳感器在電機高速運行下很難實現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)子位置反饋，制約了高速電機的使用和發(fā)展。針對此問題，本文嘗試性的提出了一種旨在電機高速運轉(zhuǎn)下，仍能精確反饋轉(zhuǎn)子位置的單對極磁電編碼器，同時對其反饋滯后的特性也提出

4、了有效的補償方法。并進行了驗證實驗，設(shè)計了一臺600W四對極、額定轉(zhuǎn)速20000r/min的永磁同步電機進行控制實驗。實驗結(jié)果表明，此方法有效地利用位置傳感器實現(xiàn)了高速電機的伺服控制。關(guān)鍵詞：永磁同步電機；磁電編碼器；矢量控制高速電機越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、軍事等領(lǐng)域.用高速電機直接驅(qū)動負載，可省去變速裝置，降低機械振動與噪聲，提高運行效率和運行精度，減小設(shè)備體積.目前高速電機的驅(qū)動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)展的一個必要條件.電機轉(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控制研究的熱點，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)從零速啟動等其他基本動作的控制，因此無法在整個速度范圍內(nèi)準(zhǔn)確地控制電機運行，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，要使電機轉(zhuǎn)速達到10000r/min以上，則要求光敏元件帶寬達到2MHz以上.高響應(yīng)頻率的光敏元件價格極其昂貴，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時的位置反饋方式，在高轉(zhuǎn)速時反饋信號頻率過高，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，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，采用定時滯后的位置反饋方式，用同步串口以一定的時間間隔和固定通信頻率上

7、報絕對角度，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償方法和高速永磁同步電機的矢量控制方法.仿真和實驗結(jié)果表明，此方法成功實現(xiàn)了對高速電機的伺服控制.1單極磁電編碼器設(shè)計1.1設(shè)計要求高速矢量控制要求編碼器具有以下特點.（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時反饋的方式.（2）旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動慣量小，材料強度較高，耐振動.為避免高速旋轉(zhuǎn)時的摩擦，轉(zhuǎn)子和定子之間最好完全無接觸.（3）電機能夠高精度定位，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