精準位置控制：直流伺服電機驅動下的高性能伺服系統(tǒng)研究與展望,！

引言：伺服系統(tǒng)作為位置隨動系統(tǒng),，要求在控制過程中實現(xiàn)快速、穩(wěn)定,、準確的位置控制,。傳統(tǒng)的伺服電機在拖動負載時通常需要齒輪減速裝置，但由于齒隙的影響,，系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性可能下降,。為了提高精度和穩(wěn)定性，采用了力矩電機,，它具有低轉速,、大轉矩和高精度的特點，可以滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求,。本文介紹了一種基于無刷直流力矩電機驅動的高性能伺服系統(tǒng)的硬件和軟件設計,，以及相關實驗結果。

硬件設計

1. 基本原理

無刷直流力矩電機伺服系統(tǒng)的原理圖如圖1所示,。系統(tǒng)接收角度位置命令信號，并與反饋電路的位置信號比較,，得到位置偏差信號,。經(jīng)過位置校正和速度環(huán)節(jié)處理，產(chǎn)生速度偏差信號,，通過速度校正環(huán)節(jié)進行運算,，最終通過PWM換相邏輯環(huán)節(jié)控制功率器件的開關，驅動電機達到位置控制的目的,。

2. 無刷直流力矩電機

系統(tǒng)中采用的無刷直流力矩電機具有低轉速,、大轉矩和高精度等特點，滿足高性能伺服系統(tǒng)的需求,。該電機利用光電式位置傳感器進行換相控制,，采用無刷電子換向,，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3. 換相邏輯電路和功放電路

換相邏輯電路接收光電式位置傳感器,、PWM控制信號和正/反轉信號,，經(jīng)整形和綜合后形成觸發(fā)脈沖，控制功率器件的開關,，形成旋轉磁場,，驅動電機運行。功放電路采用智能功率集成電路,，利用IGBT開關器件進行控制,，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

軟件設計

1. 對象模型的建立

由于負載承受加速度的影響,，系統(tǒng)選擇了力矩電機,，并通過優(yōu)化設計，在減速器輸出軸與負載之間設置精密消隙齒輪系,。系統(tǒng)分為方位和俯仰兩個回路,，使用動態(tài)信號分析儀建立對象模型，將對象近似成一階慣性環(huán)節(jié),。

2. 校正設計

系統(tǒng)選擇了常規(guī)的超前遲后環(huán)節(jié)進行串聯(lián)校正設計,，通過計算求得速度回路校正環(huán)節(jié)。這樣設計可以提高系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤性能,。

3. 控制程序流程圖

伺服系統(tǒng)的控制周期為5 ms,，通過80386處理器完成控制算法，實現(xiàn)位置控制和運算,。主程序采用中斷服務程序的形式,，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性。

實驗結果

經(jīng)過硬件和軟件的設計,，實驗成功研制出了無刷直流力矩電機驅動的高性能伺服系統(tǒng),。測試和實際使用表明，系統(tǒng)達到了預期的性能指標,。通過多種濾波技術和控制算法的應用,，系統(tǒng)具有較高的動態(tài)性能和精度。

結論

本研究成功地實現(xiàn)了無刷直流力矩電機驅動的高性能伺服系統(tǒng),。通過硬件和軟件的優(yōu)化設計,，系統(tǒng)在快速性能、穩(wěn)定性和精度方面表現(xiàn)出色,。這種高性能伺服系統(tǒng)在工業(yè)控制領域具有廣泛的應用前景,，為提高自動化生產(chǎn)水平，優(yōu)化生產(chǎn)效率,，提供了有效的技術支持,。