數(shù)控機床、工業(yè)機器人、航空航天等,同步電機因具有機械結(jié)構(gòu)簡易、功率密度高、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)和運行可靠性高等優(yōu)點,逐步成為中小功率等級高性能直流伺服領(lǐng)域驅(qū)動電機的佳選。伺服系統(tǒng)的外部負載存在不確定性的擾動,例如,工業(yè)機械臂從某一位置提取重物后,移至另一位置下放重物,其中直流伺服電機?的工作質(zhì)量繼和以下兩個因素有很大關(guān)系。

1、攝動

首先,同步電機本體系統(tǒng)為一個非線性、多變量強耦合的系統(tǒng),雖然通過矢量解耦控制能夠?qū)⑵洚?dāng)成直流電機控制,然而其仍然存在交直軸間的電流耦合,在電機外部負載突變和大負載工況下,該耦合項會降低系統(tǒng)解耦控制性能,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,進一步降低伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能;其次,同步電機本體的機械參數(shù)如電機定子電阻、電感以及轉(zhuǎn)子磁鏈等對周圍環(huán)境溫度較為敏感,電機在不同運行工況下的發(fā)熱導(dǎo)致該類參數(shù)值會發(fā)生一定程度上的攝動,導(dǎo)致電機本體模型發(fā)生改變。

2、電流振蕩

考慮到傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)控制通常基于本體數(shù)學(xué)模型,電機內(nèi)部參數(shù)攝動下的電流內(nèi)環(huán)動態(tài)響應(yīng)能力會大打折扣,嚴重時會使得內(nèi)環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定,發(fā)生電流振蕩現(xiàn)象。另外,整個伺服控制系統(tǒng)的理想同步電機數(shù)學(xué)模型與實際數(shù)學(xué)模型存在一定差異,如電機的齒槽轉(zhuǎn)矩,還包括一些其他的模型,例如機械負載的連接環(huán)節(jié),這些未建模的擾動通常容易被忽略,系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能往往不如預(yù)期。

針對直流伺服電機?系統(tǒng)的兩大控制問題分析,高性能的伺服系統(tǒng)必須解決不確定性擾動和機械諧振問題。基于現(xiàn)實的需求,要從同步電機伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)入手,考慮外部負載擾動和內(nèi)部參數(shù)攝動設(shè)計新型轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)系統(tǒng),以解決伺服系統(tǒng)的不確定性擾動問題,提高伺服系統(tǒng)對內(nèi)部參數(shù)攝動和外部負載擾動的魯棒性。