电动伺服系统体积小、响应速度快、可靠性高,成为未来伺服系统发展的必然趋势。无刷直流电机具有良好的动态性能和控制性能,适合作为执行电机应用于舵机伺服系统。本文研究了基于无刷直流电机的快速响应电动伺服系统。
本文首先分析了电动伺服系统的结构,提出了电动伺服系统的总体方案。根据电动伺服系统的性能要求,对比了不同类型电机的结构与性能,选择无刷直流电机作为伺服系统的执行电机。建立了无刷直流电机的精确数学模型,作为系统仿真和控制的基础。同样分析了伺服系统控制器的硬件和软件系统方案。为了提高系统可靠性,给出了系统自检测方案。
其次,详细设计了伺服控制系统软硬件结构。以TI公司DSP芯片TMS320LF2407A作为为处理器,设计了控制系统。采用IR2130芯片设计了可靠的MOSFET驱动电路,自举技术的应用使驱动性能更加可靠。同时设计了可靠的检测电路和通信接口电路。特别对硬件结构的电磁兼容性能进行了分析,并列出了应注意的问题。设计实现了电机的位置、转速、电流三闭环控制系统,并且分析和设计了制动程序、转速测量程序和系统上电自检测程序。
再次,分析了舵机系统的负载特性,负载特性决定了系统结构与控制。在此基础上,分析了电动伺服系统的动态性能。重点比较与分析了电机本体、控制回路结构对伺服系统性能的影响。
最后,对设计的电动伺服系统进行了实验和相关调试工作。测试了无刷直流电机的时间常数,霍尔传感器速度测量信号,并通过调试得到了系统内环参数。在此基础上,设计位置调节器参数,测试了位置伺服系统的闭环性能,验证了系统的合理性。
