永磁同步电机伺服控制系统设计与实验研究

"PMSM同步电机的研究与设计" 永磁同步电机（PMSM），全称为 Permanent Magnet Synchronous Motor，是一种高效能、高精度的电动机类型，常用于伺服控制系统中，如在数控车床等领域有广泛应用。由于现代工业对伺服控制器的性能要求不断提升，深入研究PMSM伺服控制系统的设计理论与实验方法显得尤为重要。 本文的核心是1.3kW的表面安装式永磁同步电机（Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor, SPMSM）。SPMSM因其结构特性，适用于需要高动态响应和高效率的场合。电机的关键参数被确定，并在不同的坐标系下建立了电机的数学模型，这是理解电机行为的基础。 在选择控制策略时，本文比较了矢量控制和直接转矩控制，最终选择了基于电机转子磁链定向的矢量控制。这种控制策略能够有效地实现电机的动态性能优化。为了实现电流解耦，采用了特定的电流控制方法，确保电机运行的稳定性。 伺服控制系统设计包含了电流环、速度环和位置环三个闭环结构。电流环和速度环采用PI控制器，利用其输出限幅和积分分离功能，以提高系统的稳定性和响应速度。而位置环则采用P控制器，以防止位置输出的超调，确保定位精度。 在控制策略的实现上，三相逆变器使用了空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术，SVPWM能提供优质的输出特性，同时有效利用逆变器的直流母线电压，提高能源效率。 通过Matlab/Simulink软件，构建了一个基于转子磁链定向、采用电压空间矢量控制的PMSM伺服控制系统仿真平台。仿真过程涵盖了从单个模块到整个系统的全面验证，分析了系统的动态和静态性能，探讨了控制器参数与系统性能之间的关系，以及外部条件变化对伺服控制系统输出的影响。 此外，根据伺服系统的具体需求，设计了硬件电路，采用Texas Instruments（TI）公司的解决方案，这表明了从理论研究到实际应用的完整过渡，体现了PMSM伺服控制系统在工程实践中的重要性。 这篇学位论文深入探讨了PMSM同步电机伺服控制系统的各个方面，从理论模型建立到控制器设计，再到仿真与硬件实现，为永磁同步电机的应用提供了详尽的理论和技术支持。