无位置传感器伺服系统控制策略的研究-文档资料
伺服控制系统课程论文
伺服控制系统课程作业现代伺服系统综述指导教师：学生：学号：专业：班级：完成日期：摘要在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。
伺服系统也叫位置随动系统，以精确运动控制和力能输出为目的，综合运用机电能量变换与驱动控制技术、检测技术、自动控制技术、计算机控制技术等，实现精确驱动与系统控制。
伺服系统主要包括电机和驱动器两部分，广泛用于航空、航天、国防及工业自动化等自动控制领域。
伺服系统按其驱动元件划分有步进式伺服系统、直流电动机伺服系统和交流电动机伺服系统。
随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺的发展及电力电子、控制理论的应用，交流电动机伺服系统近年来获得了迅速发展，广泛用于工业生产的各个领域，如数控机床的进给驱动和工业机器人的伺服驱动等。
因此，在相当大的范围内，交流电动机伺服系统取代了步进电动机与直流电动机伺服系统，时至目前，具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美，已成为伺服系统的主流。
关键词：伺服系统自动控制驱动元件1 伺服系统的发展阶段伺服系统的发展与它的驱动元件——伺服电动机的不同发展阶段相联系，并结合老师在第一章所讲的伺服系统分类的知识，伺服电动机至今经历了三个主要的发展阶段。
（1）第一个发展阶段（20世纪60年代以前）：步进电动机开环伺服系统；伺服系统的驱动电机为步进电动机或功率步进电动机，位置控制为开环系统。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°；步进电机存在一些缺点：在低速时易出现低频振动现象；一般不具有过载能力；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象。
机械工程中的伺服控制技术研究与应用
机械工程中的伺服控制技术研究与应用引言：近年来，随着科技的飞速发展，机械工程中的伺服控制技术在日常生活和工业领域中得到了广泛的应用。
伺服控制技术能够实现精确的运动控制和位置定位，提高生产效率和产品质量，成为机械制造领域不可或缺的关键技术。
一、伺服控制技术的基本原理伺服控制技术是通过精确的信号传递和反馈机制，实现对电机或执行器的动作控制。
其基本原理是通过测量和比较输入信号和反馈信号的差异，以调整系统的输出。
在伺服控制系统中，传感器用于测量执行器的位置、速度或力度等物理参数，将这些参数转换成电信号送回控制系统，控制系统根据所设定的目标值和实际反馈值做出相应的调整。
其中，控制系统通常由控制器、功率放大器和电机组成。
二、伺服控制技术的应用领域1. 工业自动化伺服控制技术在工业自动化领域中的应用非常广泛。
例如，自动化生产线中的机器人可以通过伺服控制技术实现精确的动作控制和路径规划，提高生产效率和产品质量。
另外，伺服控制技术还可以应用于机械加工、装配线、材料搬运等各个环节，实现全自动化的生产过程。
2. 交通运输伺服控制技术也被广泛应用于交通运输领域。
例如，高速铁路和地铁的驱动系统采用伺服控制技术，确保车辆在不同的速度和负载情况下能够稳定运行。
此外，汽车、船舶、飞机等交通工具的控制系统也离不开伺服控制技术的支持。
3. 医疗器械现代医疗器械中的伺服控制技术，使得医生可以通过精确的控制实现对患者体内的治疗、手术过程和病人康复的辅助。
例如，手术机器人可以通过伺服控制技术进行精细且准确的手术操作，减小手术风险，提高手术成功率。
4. 人工智能伺服控制技术在人工智能领域中的应用也越来越广泛。
例如，智能家居中，可以通过伺服控制技术实现对家居设备的智能控制，包括灯光、温度和安全系统等。
此外，智能机器人和无人机等技术的发展也得益于伺服控制技术的支持。
三、机械工程中伺服控制技术的研究进展伺服控制技术的研究一直是机械工程领域的热点问题。
基于EKF的无位置传感器永磁同步陀螺电机控制方法的研究
变 的条件 ， 建立 电机 的系统 方程及 测量 方程 。
机 而言 ， 于空 载运行 ， 属 因此 负载转 矩 为 ０ 。
电机 状态 空间方 程为
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两相定 子绕 组 电感 （ 相定 子 绕 组 电 两
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基于RBF神经网络的永磁同步电机无位置传感器控制
度 高 、 速力矩 特 性好 等 优 点 而 广 泛应 用 于 现 代 交 低
流伺 服 系统 中。永 磁 同步 电机 的运动 控制需 要精 确 的转 子位 置 和速 度信 号 来实 现磁 场定 向。在传统 的
有结 构 简单 、 收敛 速 度快 、 化 能 力强 等 优 点 ， 年 泛 近
来被广 泛 应 用 于 模 式 识 别 、 障 诊 断 等 诸 多 方 面 。 故 本 文采用 动 态 Ｒ Ｆ神经 网络 来 估 计 转 子转 角 和转 Ｂ 速， 网络 通过 对 永 磁 同步 电机 ａ一口轴 电压 和 电 流
出 Ｒ Ｆ网络 ， Ｂ 网络 的输 入 为 电机 ａ— 轴 上 电压和 电流 ， 出为 转 子 转 角和 转速 ， 输 然后 在 离线训 练
过程 中按 照 自适应 算 法不 断添加 和删 除 隐层 节 点 ， 成一 个结 构 简单 、 形 紧凑 的 Ｒ Ｆ网络 ， Ｂ 最后 采 用 梯度 下 降纠 正误 差 法在 线 训 练 更新 网络 参数 。 该 方 法通 过 对 电机 ａ—Ｐ轴 上 电压和 电流 的映射 ． 得到 了电机 转 子 的转 角和 转 速 ， 代 了传 统 的 位 置 传 感 器 。 实验 结 果表 明 了该 控 制 方 法 的 有 效 取
的稳定 性 分析非 常 困难 ， 而且 对测量 噪声 敏感 。 神 经 网络算 法 由于具有 很 强 的 自学 习和 自适应 能力 ， 而广 泛 应 用 在 各 种 环 境 经 常 变 化 的领 域 中 。 同时 ， 具有 表达 任意 非线 性 函数 的能力 ， 合用 于 它 适 复杂 的控 制 系 统 中。与 Ｂ Ｐ网络 相 比， Ｂ Ｒ Ｆ网 络具
贴面式永磁同步电机无传感器控制策略的研究
２ １ ０ ０年 １ １月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏ ｒＥｌｃ ｒｎｉｓ
Ｖｏ ．４．Ｎｏ １ １４ ． １ Ｎｏ ｅ ｂ ｒ２ ０ ｖ ｍ ｅ ０１
贴 面式永磁同步电机无传感器控制策略的研究
宋 正 强 （ 州 市 职 业 大 学 ， 车 与 电 气 工 程 系 ，江 苏 扬 州 扬 汽 ２５１ ） ２０ １
ｄ ｉ ，ｐ ｅ ｎ ｏ ｒｐ ｓｉ ｓｍ ｔ ｎ ｏ Ｓ ＭＳ ｒ ｅ ｉ ｏｔ ｎｄ ｔ ｏ ｇ ｅ ｄｐ ｖ ｕ ｂｅｖｒ Ｓ Ｏ ｂ ｉｏ ｓｅｄ ａｄ ｒｔ ｏｉｏ ｅｔ ａ ｏ ｆ Ｐ Ｍ ｄｉ ｓ ｂＭ ｅ ｈ ｕ ｈ ａｓ￣ａａ ｔｅｆ ｘｏｓｒ （ Ａ ） ｙ ｔｎ ｏ ｔｎ ｉ ｉ ｖ ｒ ｉ ｌ ｅ
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中 图分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １０ （０ ０ ｌ－ ０ ９ ０ １０ — ０ Ｘ ２ １ ）１０ ６— ３
基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究
基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究摘要：随着现代工业的快速发展，对电机的精确控制需求越来越高，传统的感应电机通常需要使用位置传感器来获取电机的转子位置信息，但由于位置传感器成本较高且易受环境影响，因此研究无位置传感器的电机控制策略显得尤为重要。
本文针对永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制策略进行研究，提出了基于高频注入法的控制策略，并通过实验验证了该策略的有效性。
1.引言永磁同步电机作为一种具有高效率和高功率密度的电机，被广泛应用于伺服驱动和工业自动化领域。
然而，传统的PMSM控制通常需要使用位置传感器来获得转子位置信息，这不仅增加了系统成本，而且容易受到环境干扰。
因此，研究无位置传感器的PMSM控制策略对提高系统可靠性和降低成本具有重要意义。
2.基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略高频注入法是一种通过在电机定子上注入高频信号来获得转子位置信息的方法。
传统的高频注入法基于转子磁阻调制的转移函数，然而，在PMSM控制中，这种方法难以实现。
因此，本文提出了一种改进的高频注入法，该方法基于电流误差最小化原理来估计转子位置。
3.控制策略设计首先，建立PMSM的数学模型，并基于电流误差最小化原理推导出位置估计公式。
然后，设计了控制器来实现位置估计和电流控制。
控制器分为两个部分：位置估计模块和电流控制模块。
位置估计模块通过高频注入法估计转子位置，而电流控制模块通过比例积分控制算法调节电流以实现期望转矩。
4.实验验证和结果分析通过搭建实验平台，采集电机的电流和位置信息，并与基于位置传感器的控制方法进行对比。
实验结果表明，基于高频注入法的无位置传感器控制策略能够实现较高的位置估计精度和稳定性，与传统的位置传感器控制方法相比，具有更好的性能。
5.性能评估和讨论本文通过对控制策略的性能进行评估和讨论，分析了高频注入法在PMSM无位置传感器控制中的优势和不足。
交流伺服系统的主要控制策略
交流伺服系统的主要控制策略【摘要】本文介绍了一些交流伺服系统中常用的控制策略，如矢量控制、直接转矩控制、滑模变结构控制、非线性控制、模糊控制理论和神经网络控制、PID控制、复合控制，并提出了基于GA-BP的PID复合控制方法。
【关键词】控制策略复合控制GA-BP在交流伺服系统的控制中，高效的控制策略不仅可以弥补机械结构设计中的缺陷，而且能够很好的提高系统的各项性能。
高性能的交流伺服系统的控制策略的要求可以总结为：不仅能够使系统能够进行快速的动态响应，且具有高的动、静态精度，且系统要对内外部参数的变化和干扰不敏感[1]。
交流伺服系统的重要组成部分就是交流电动机，故对交流伺服系统的控制策略的研究有时候也可认为是对交流电机控制理论和策略的研究。
1 矢量控制理论在上个世纪的70年代，德国科学家（西门子公司）F.Blaschke提出了电动机矢量控制方法。
基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，以转子磁链为参考坐标，根据磁场定向原理将定子电流分解成相互正交的两个分量，同时控制两分量间的幅值和相位，然后分别独立控制，故可以将将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，获得与直流调速系统同样的静、动态性能，此控制策略已经非常成熟，广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上，形成了产品的商业化[2]。
但矢量控制系统结构复杂，计算量大，系统性能会受到电动机参数变化的影响。
2 直接转矩控制理论矢量控制的缺点是过于理论化，实际应用中要进行大量复杂的坐标变换，对数学的要求较高，很难保证完全解耦。
故20世纪80年代中期，Depenbrock教授（德国）根据矢量控制的缺点，提出了直接转矩控制理论不用对定子中流过的电流进行解耦，不用进行矢量变换的复杂的科学计算，控制器的结构简单易用。
直接转矩理论利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，把电机和逆变器看成一个整体，把转矩检测值与转矩给定值作比较，容差的大小由频率调节器来控制，产生PWM脉宽调制信号，采用空间电压的矢量分析方法在定子坐标系中进行磁通和转矩的计算，通过跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。
步进电机控制
步进电机控制摘要：衡量伺服系统整体性能的好坏的关键是系统是否有稳定性以及较强的抗干扰能力,为了使系统有较好的稳定性和较强的抗干扰能力,采用合适的控制策略及其重要。
传统的永磁电机是用霍尔传感器检测转子位置,为了降低制造成本,以及减少系统的体积,笔者提出采用无位置传感器的控制策略。
本文将运用模糊PID算法对永磁同步电机控制,以及运用扩展卡尔曼滤波器作为观测器对永磁同步电机转子进行跟踪。
关键词：步进电机；控制；电动辅助转向引言新能源车的种类有许多，如果以驱动能量来源进行划分，那么可以分为纯电动、燃料电池以及混合动力三种，其中最重要的构件有驱动电机、动力电池以及能量转换控制系统。
而永磁同步电机作为驱动电机的一种，其在性能方面如效率、功率密度、转矩密度等都相较于其他驱动电机更具优势，因此永磁同步电机在新能源车上的应用极具实际意义。
1伺服电机控制技术的内涵在制造业发展过程中，伺服电机控制是一项常用的智能化控制技术，可配合机械产品制造过程的动态化运转，对设备进行全过程管理，有效记录被控制对象的连续化动作特性。
当有异常现象时，该技术能够将数据及时反映在显示控制系统当中。
伺服控制技术的自动控制机理主要是指：通过设备内的各种传感器、控制器等机械媒介，有效控制物体，故该技术被广泛应用于对精度要求很高的机械制造领域及其生产环节中。
当前，我国工业生产领域中常用的伺服系统分为两种，第一种为电气伺服系统，具有操作便捷、安全性高等特点。
第二种为电液伺服系统，该系统主要以电机为载体进行驱动提供动力，可精准判断并反应机械控制指令，刚性好，输出速度较为平稳，但在运转时会产生较大的噪声。
在使用伺服控制技术完成工业生产活动的过程中，针对两种不同类型的伺服系统进行分析研究，判断何种伺服系统更能满足当代工业高精度生产要求，可充分发挥其各自的职能，促进工业领域的可持续发展。
数控系统的引入，进一步提升了该技术的应用价值，提高了伺服系统的性能，包括内部的处理器设备也在不断升级，使得其计算性能更加精确，可以缩短机械生产过程所用的时间，提高生产效率，进而提升企业的收益。
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无位置传感器伺服系统控制策 略的研究
Байду номын сангаас.1研究意义
永磁同步电动机交流伺服系统是机电一体化产品，是
多学科技术相结合的产物。它的驱动、控制更是和电子技
术息息相关。因此，进行永磁同步电动机控制系统的研究
对于我国工业现代化建设有着重要的意义。永磁同步电动
机控制虽然已经发展到相当成熟的阶段，但是对其无位置
3.1 无位置传感器控制系统结构图
3.2拟采取的研究方法及技术路线
具体研究过程中将建立永磁同步电机在不同坐标 系下的数学模型，在此基础上深入分析永磁同步 电机的内部电磁约束关系，这些电磁约束关系对 了解永磁同步电机的原理和研究高性能的控制决 策提供了理论依据。建立适合闭环控制SVPWM 逆变器仿真模型，使用该模型可以大大提高仿真 速度，对闭环控制系统进行的仿真研究，验证模 型的正确性。通过仿真，可以深入理解空间电压 矢量的控制原理以及控制效果，同时也可加快实 际系统的设计和调试过程。
两个方向发展。电机系统中传感器的存在阻碍了电机向高
速化、小型化发展。因此，无传感器技术的研究在高速电
机、微型电机的控制和一些特殊场合具有重要的意义。
（1）.降低成本 （2）.减小电机的体积 （3）.提高系统可靠性 （4）.减少维护量
1.2 国内外研究现状
由于使用传感器给永磁同步电动机系统 带来很多问题，所以无传感器的控制系统 越来越引起人们的重视。无传感器控制系 统是指利用电机绕组中的有关电信号，通 过适当方法估计出转子的位置和转速，取 代传感器，实现电机的闭环控制。
（3）.基于各种观测器技术的位置辨识方法 （4）.人工智能理论基础上的估算方法
2.1 研究目标
本课题研究的主要目标是实现永磁同步 电机无位置传感器控制，使得在实际的电 机控制中能够脱离位置传感器，降低成本， 并且能够达到采用位置传感器控制时一样 的控制效果。
2.2永磁同步电动机无位置传感器控制中需 解决的问题
难点：模型复杂
设计参数较多
参数不易得到
3.2.2基于估计坐标系
基于估计坐标系提出PMSM无位置传感器 矢量控制的一种新的状态估计方法。能够 将电气稳态操作概念引入电机的状态估计 中，解决暂态过程中转子速度、位置估计 不精确的问题。在讨论状态估计算法对电 机参数依赖性的基础上，给出估计误差补 偿算法。
同步电机无位置传感器技术是在数字信 号处理器(DSP)出现后得以发展的。DSP的 高速信息处理能力使无位置传感器控制技 术的复杂算法能得以实现。在无位置传感 器技术方面，许多学者作出了研究，提出 了切实可行的方法。
主要方法有：
（1）.基于PMSM基本电磁关系估算位置和 转速的方法
（2）.基于对电机特殊特性分析基础上的估 计方法
无位置传感器控制实质上就是调速系统中
由软件算法递推得到转子位置和转速来代
替由外加传感器实现的转角和转速测量部
分，其他部分与常规的调速系统相同。电
机端电压和相电流经过坐标变换转化为静 止坐标系下的电压和电流量，输入到EKF （非线性系统的扩展卡尔曼滤波算法）中
得到转速和转子位置，经过转速修正环节， 把它送入PI控制器，输出电机控制电压，经 过逆变器后加到电机上。
END
2.3 研究安排
》》》理论分析，算法选择 》》》进行MATLAB仿真试验 》》》设计硬件电路 》》》编写DSP程序 》》》在硬件上进行调试
2.4 当前工作
当前的工作便是如何建立无位置传感器的 永磁同步电机伺服系统的数学模型，并确 定最佳的算法，实现对转速的准确预估和 电机的矢量控制。
3.4 硬件实现
在理论分析的基础上，设计永磁同步电动 机全数字控制硬件平台，采用DSP2812专 用语言编制控制程序，并作实验论证;最后 设计开发相应的上位机监控软件，实现 DSP与上位机的通讯。
4 研究基础
1.永磁同步电机的矢量控制理论 2.MATLAB仿真 3.DSP 4.上位机通讯软件设计 5.电路及PCB图设计
3.2.1卡尔曼最优估计原理
采用卡尔曼最优估计原理，将其应用到交流 永磁同步电动机伺服系统中，并能够提出一种基 于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机(PMSM)无 速度传感器调速系统的方法。结合卡尔曼滤波原 理，通过在静止坐标系下对电机非线性方程进行 线性化，给出一种对永磁电机的转子位置角和转 速进行实时在线最优估计的方法。该方法具有优 良的转角跟踪特性和较好的转速跟踪特性，同时 系统要具有较强的抗负载扰动性能和较佳的控制 性能。
传感器控制系统的研究还有待进一步深入，存在着比较大
的发展空间。本系统实现后能大大减少系统成本，提高系
统可靠性，减少系统维护的工作量。同步电机传动系统需
要对其速度和位置进行控制。高精度的电机系统对速度控
制和位置控制提出很高的要求，相应地对传感器的要求提
高。目前，传感器向小型化、低成本和高分辨率、多功能
3. 3启动问题
针对无位置传感器控制方法检测电机转子 初始位置问题，提出一种利用恒定的定子 磁场将永磁转子进行初始定位，然后利用 旋转磁场锁定转子位置的新起动方法。
因此，启动时通过适当控制逆变器三桥臂 的通断状态，可以将转子初始位置锁定在0 度位置(转子与定子A相重合)。初始定位后 为了实现电机顺利启动，启动过程程序只 处理电流环(给定恒定的转矩电流)，并产生 一个低频的旋转磁场，由该磁场带动转子 旋转一周，再切换双闭环控制、转速估算， 进行正常的加速过程。旋转磁场的频率不 能太高，具体值由实验决定。
无传感器技术的应用给永磁同步电机带来 了起动问题。机械式位置传感器能探知电 机静止时转子磁极位置，使电机和逆变器 配合工作于自控同步状态，因而电机起动 不会失步。无传感器技术无法在电机静止 时从电机的电气特性知道转子的初始位置。 只有电机起动到一定的转速后，电机才能 正常运行于无位置传感器状态下。因此， 电机初始转子位置检测和起动问题是同步 电机实现无位置传感器运行的一大问题。