摘要：文章介紹了一種采用無刷直流由矩電機驅動的高性能伺服系統(tǒng)．通過硬件和軟件的臺理設計，獲得，較好的琦浦志系統(tǒng)性能。 關鍵詞：無刷直流力矩電機 伺服系統(tǒng) PWM 旋轉變壓器 [align=center]The Study on High Performance Servo System Drived by Brushless DC Torque Motor Wang Mulan Gu Shenggu[/align] Abstract：This paper introduces a kind of high performance sPrvo ystem drived by brusbless DC torque molot We achieve good dynamics and static system indexes with the rational design of hard⋯ e and software Keywords：brusbless DC torq ue～lotor scrvoy tem PW M revolver 1 引言 伺服系統(tǒng)又稱位置隨動系統(tǒng)．它要求實現(xiàn)快穩(wěn)、準的位置控制。普通的伺服電機通常轉速較高而轉矩較小，在系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件去拖動負載時，都必須經過齒輪減速裝置，但由于齒隙的影響，往往使系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性下降。因此為了減小甚至消除誤差，簡化系統(tǒng)結構，提高精度和穩(wěn)定性，達到少用或不用減速器的目的．就研制并應用了力矩電動機。它具有低轉速、大轉矩和高精度等特點，可以滿足伺服系統(tǒng)更高性能要求 另外，采用無刷電子換向取代原來的機械換向，可進一步提高系統(tǒng)的可靠性，同時，也符合“無刷化、稀土化、同步化”的發(fā)展趨勢。 2 硬件設計 2．1 基本原理 無刷直流力矩電機伺服系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。圖1中輸人的角度位置命令信號由系統(tǒng)主計算機通過雙口RAM 送來，與反饋電路測得的目前位置數(shù)字信號相比較，求得位置偏差信號經位置校正環(huán)節(jié)P（s）處理后，作為速度回路的給定信號，再和實際速度比較得到速度偏差，經速度校正環(huán)節(jié)H （s）運算和D／A 轉換后，輸出到PWM 換相邏輯環(huán)節(jié)，綜合電機換相傳感器送來的轉子位置信號，形成相應的觸發(fā)脈沖，控制功率器件的開關，在電機中形成一個旋轉磁場，將負載驅動到所要求的位置。 [align=center] 圖1 伺服系統(tǒng)原理框圖[/align] 2．2 無刷直流力矩電機 系統(tǒng)中使用的方波型無刷直流力矩電機是專門研制的。主要電氣性能參數(shù)如下 電壓DC60V；最大電流6 A；相電阻5．5 n；最大轉速380r／min；峰值堵轉力矩5 N·m；位置傳感器為光電式。其工作原理是：當電機處于某一位置時，光電式傳感器給出對應開關邏輯信號，由此產生觸發(fā)脈沖，驅動功率管．使電機相應繞組導通，內部磁場使電機旋轉到一個新的位置。當位置傳感器得到一組新的邏輯信號時，叉觸發(fā)另一組功率管使電機繞組處于另一種導通狀態(tài)，這樣周而復始，在電機內產生旋轉磁場，使電機運轉。 電機端部設有光電式位置傳感器，當光線被擋時，輸出為⋯0 ，光線未擋時，輸出為“1”。按一個方向旋轉的位置編碼情況如表1所示。 [align=center]表1 電機位置狀態(tài)所對應功率管導通情況（正轉A6=0） [/align] 2．3 換相邏輯電路和功放電路 如圖2所示，光電式位置傳感器送來的換相信號和PWM 控制信號、正／反轉控制信號經整形、綜合后，作為EPR0M（2732）的地址信號，從中查得對應功率管導通相序信號．經反向、整形、驅動后輸出。其問對應的邏輯關系如表1所示。根據(jù)表l所列相序可畫出電機內部磁場旋轉向量圖如圖3所示。 系統(tǒng)中使用的功放電路是美國DIX；公司生產的智能型功率集成電路PWR一82333，它是內部含有邏輯接IJ．電路、驅動電路、過流／過壓／欠壓保護電路、電源轉換電路（Dc／Dc）、功率管和續(xù)流電路等在內的一個混合集成模塊，功率開關器件是IGBT，額定電壓為500 V．額定電流為30 A．開關頻率達到25 kHz。這里利用該模塊中的6只IGBT管實現(xiàn)三相橋式電路的開關控制。 2、4 旋轉變壓器廈解調電路 系統(tǒng)中位置反饋信號通過正余弦旋轉變壓器測得，它是專門研制的高精度小機座號、低壓激勵無刷旋變，主要電氣性能指標為：激磁2 V／2kHz，變比1．電氣誤差≤ ±3 ，相移≤ ±4。 RDC（Resolver to Digital Converters）接口芯片將旋轉變壓器送來的含有負載位置信息的正余弦信號進行解調變換，可獲得角度位置信號，直接送給伺服計算機參與控制運算。另外，還能提供負載旋轉的速度模擬信號．經A／D轉換送人計算機。這里使用的集成芯片是ANA1 OG DEVICE公司的RDC2S8O．主要指標為：分辨率10／12／14／16位，參考信號2 v／z kHz，旋變輸出信號2v／2 kHz，精度土2 are—mins，電源一5 V／±12 V，功耗0．3w 。 這里還要說明的是，旋轉變壓器的電氣零點和負載的機械零點必須～致．否則會影響整個系統(tǒng)的精度和控制，也就是在負載裝配過程中存在一個對零的過程。 3 軟件設計 3．1 對象模型的建立 考慮到負載承受的加速度的影響，要求峰值力矩達到20 N ·ri1．轉角范圍為120。（土60。），根據(jù)機座結構的約束條件，經優(yōu)化設計，在減速器輸出軸與負載之間、減速器輸出軸與旋轉變壓器之間設置了精密消隙齒輪系，阻達到驅動和檢測的目的整個對象分方位和俯仰2個回路，如果通過物理方法來建模是比較復雜的 這里采用HP公司的動態(tài)信號分析儀3562 A．直接將對象近似成一階慣性環(huán)節(jié)．根據(jù)幅頹特性法測得伺服系統(tǒng)速度環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為 （ 一4／（1—0．26 ）．它相當于圖1所示“ 和0．之間的開環(huán)傳遞函數(shù)。 3．2 校正設計 由于要求系統(tǒng)具有較高的動態(tài)跟蹤性能，而對靜態(tài)定位精度和超調量要求相對低一些，因此，這里選用了常規(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)為 3．3控制程序漉程圖 伺服系統(tǒng)控制周期為5 ms．由80386完成全部控制算法．所需輸人數(shù)據(jù)和控制狀態(tài)均通過2K容量的雙E口 RAM與雷達主計算機進行交換。主程序實際上是一個中斷服務程序。其流程圖如圖4所示。 4 實驗結果 采用上述硬件和軟件成功研制出了該伺服系統(tǒng)．測試結果和實際使用也表明基本達到了預期的目的。其中某伺服系統(tǒng)主要實測性能指標為：最大角速度1j2。／s，最大角加速度3 820。／s，伺服帶寬> 4 Hz，過渡過程時間0．335 s，超調量16．25 ，振蕩次數(shù)≯1，抗過載能力7 g。另外，在該系統(tǒng)中還采用了多種濾波技術來抑制各種睹波干擾，通過線性外推算法來進一步提高系統(tǒng)快速性，以及采用死區(qū)和非線性的補償處理來獲得較高的精度．有關這部分的詳細設計另行介紹。 參考文獻 1 顧繩谷 電機及拖動基礎 北京：機械L業(yè)出版社，1981 2 陳伯時 電力拖動自動控制系統(tǒng) 北京：機械工業(yè)出版社 1992 3 AD公司說明：Vartable Resulution Monolrthn Resolver-to- Dignal Converter-2SRO 無刷直流力矩電機驅動高性能伺服系統(tǒng)研究.pdf