基于DSP的永磁交流伺服系统模糊控制器设计(3)
（3）需要频繁调速，有低速且稳速运行的场合。
1.2 交流伺服系统介绍
交流伺服系统一般由机械执行机构和电气控制系统两部分组成，其中机械执行机构包括传动装置和执行电机。交流伺服系统是多闭环反馈控制系统，主要用以下几个部分：交流伺服电机、速度和位置传感器、功率逆变器和PWM生成电路、控制单元[11][12]，如图1.1所示。
图1.1 交流伺服系统基本结构
1.2.1 交流伺服电机
常用的交流伺服电机有感应异步电动机和永磁同步电机。感应式异步电动机制造容易、文护方便、价格便宜，但其矢量控制比较困难，低速运行时还存在着效率低、发热严重问题。而永磁同步电机交流伺服系统具备优良的低速性能，可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。永磁同步电机可分为无刷直流电动机(简称BLDCM)，采用方波电流控制。后者则多被称为永磁同步电动机(简称PMSM)，多采用正弦波电流控制。正弦波永磁同步电机控制性能、转矩平稳性都比无刷直流电动机好，被广泛应用于各类高性能驱动领域[13]。下面对各核心部件予以介绍。
1.2.2 速度和位置传感器
通常安装测速发电机来检测电动机的实际运行速度，采用光电编码器或旋转变压器作为位置传感器。对于永磁同步电动机来说，还需检测磁极位置，并以上述三个信号为基础进行电枢电流的正交控制。为了减小电动机的轴向尺寸，可用一个旋转变压器来完成测位功能，其他测试功能可由计算完成。
1.2.3 功率逆变器和PWM生成电路
功率逆变器主要由逆变器和整流器两部分组成。整流器的作用是将输入的三相交流电整流成直流电输，逆变器是在PWM(脉宽调制)信号的驱动下，将直流电变成一定电压与频率的交流电，输入到伺服电动机的电枢绕组中，它是交流伺服电机的核心器件之一 [14]。
1.2.4 控制单元
控制单元是交流伺服系统的核心，包括位置控制器、速度控制转矩和电流控制器等。DSP作为一种全数字控制器件，以其优良性能成为伺服控制系统中的主流处理器。通过数字控制，可以有效解决模拟电路中的非线性误差、零点漂移等因素的影响，极大提高了伺服系统的性能[15]。
1.3 国内外研究情况
随着DSP技术的高度发展，永磁同步伺服系统也得到了很快的进步。成为新一代高端智能电机的控制核心，在高精度、高性能要求的中小功率伺服领域中得到日益广泛的运用。
很多国外著名的公司在这一领域有绝对的技术优势，如日本的安川（占比约10．6%）、富士通、松下（占比约18.6%），韩国三星公司、美国AB公司、德国西门子公司（20.8%）等。国内交流伺服系统起步较晚，约在上世纪末。相比国外产品，无论从技术含量还是制造工艺上差距都比较大。近年来国内也开始研究全数字交流伺服系统，如华中数控公司、广州数控公司、沈阳机床、秦川机床、南京埃斯顿等。但这些产品在性能和功能上都与国外产品存在一定差距，所以目前我国使用的交流伺服系统绝大多数依赖进口，严重制约了我国机电一体化及工业自动化技术的发展。
1.4 永磁同步电动机伺服系统的发展
1.4.1 改善硬件性能改善
硬件方面，可从提高逆变器和检测器件性能、精度，改进电机结构，使用集成模块等方面考虑，如采用智能控制功率模块(Intelligent Power Module，IPM)。这种器件集过温、过电压、过电流保护和故障诊断等功能于一体，实现交流伺服系统的小微化。