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直接驱动方式消除了机械运动变换机构带来的一系列不良影响,具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征,在高精度快响应的伺服系统中具有非常明显的优势。但是直驱技术还不成熟,国内应用较少,为进行直驱伺服电机和直驱伺服系统综合性能的测试、分析与评价并制定相关标准,需要研制直驱伺服电机与直驱伺服系统综合性能试验平台。
试验测试平台中的负载模块作为重要的组成部分,与直驱电机的各项指标密切相关。在温升测试、效率测定、过转矩或过电流试验,以及抗负载扰动特性等试验中,都要求给电动机施加负载。本文以直驱电机理论为依据,完成了直驱电机测试平台的项目规划,选取了直线电机测试平台的负载形式,介绍了直线电机测试平台中负载系统的整体控制方案。
为使负载具有稳恒的力或力矩,本文通过分析直线电机的数学模型,设计了永磁同步直线电机控制系统,重点对抑制负载电机的推力波动和电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨。通过MATLAB仿真试验,对直线电机控制系统的控制性能进行了初步的实验研究。然后在前期的研究工作及所取得的阶段性成果的基础之上,以TI公司的定点DSP TMS320F2812为核心设计了硬件系统,并编写了电流环系统软件。硬件系统包括电机控制板、驱动板和电源板。软件采用C/C++和汇编语言混合编程的方式,根据系统设计的硬件电路及采用的控制策略,编写了相应模块化的控制系统软件,包括电流采样、电流调节器、输出等模块。对逆变器进行死区补偿,得到SVPWM算法中的死区补偿脉宽,应用于电流环的控制中。
最后对所设计的负载控制系统进行了调试。给出了部分实测波形并进行了分析,对系统中出现的问题给予解决,测试结果表明控制系统设计达到了预期效果。证明所采用的方案和控制策略具备高精度、易控制等特点,能满足直驱电机测试的要求。