稀土永磁无刷直流电动机伺服作动系统
马瑞卿 刘卫国 李钟明（西北工业大学西安710072）
摘 要 介绍了一种简单实用的滑模变结构控制技术，给出了系统直线位移闭环控制结构框图及各环节的传递
函数和硬件实现电路。
叙 词 永磁电机无刷直流电动机伺服控制
l 引 言
稀土永磁无刷直流电动机由稀土永磁同步电机、逆变控制器及转子位置检测器构成，它具有体积小、重量轻、效率高、惯量小和响应快的特点，同时还保留有类似直流电动机优良的控制特性。由于这种电机采用电子换向器代替了机械换向装置，因而克服了电刷和换向器所带来的一系列缺点，如噪声、电磁干扰、换向火花、电刷磨损和可靠性差等。近几年，随着稀土永磁材料和电力电子器件性能价格比的不
断提高，稀土永磁无刷直流电动机作为中小功率高性能调速电机和军民用伺服控制电机应用越来越广泛，大有逐步取代普通直流有刷伺服电动机的趋势。为此，本文针对某直线伺服作动系统，采用稀土永磁无刷直流电动机，介绍了一种简单实用的滑模变结构控制技术，文中给出了系统直线位移闭环控制结构框图，介绍了系统控制方法，给出了各环节的传递函数和硬件实现电路。
2 系统控制原理
2.1系统构成
本系统各个环节构成如图1所示，其中电机本体足一台三相稀土永磁同步电动机，定子采用整距绕组，其反电势具有梯形波，转子励磁采用钕铁硼
(ndfeb)稀土永磁材料，在转子一侧端部铝盘上嵌有两个1806的瓦片磁钢，并由铝盘与主磁场隔开.
基金项目：航空预研项目资助后与转子本体固定成一体，作为转子位置的敏感磁场。转子位置传感器采用三个磁敏式霍尔开关检测器件ugn3119u，当转子旋转一周时，三个传感器输出相差1206、占空比为o．5的周期脉冲a、b、c。电机转子轴经多级齿轮减速器驱动直线作动器的蜗轮蜗杆机构，而直线位移检测采用精密滑线变阻器，变阻器中心点接地，两端接士5v稳压直流电源，移动触头由蜗杆带动，从而使触头上可输出正比于位移量的电压信号，用于系统位移反馈。电机功率逆变电路采用三相桥式逆变器，并由直流48v经滤波电容供电，其6个功率开关采用高频mosfet器件irf530，逆变器直流回路电流经敏感器件lem模块la-25np来实现电流检测，用于电流限幅和过流保护。功率逆变器开关器件采用6路集成芯片ir2130来驱动，pwm产生电路采用单极性定频调宽集成电路sg3525，其输出脉冲宽度正比于加在电机定子绕组上的电压平均值，并由此来实现靳波调压调速控制。电机正反转控制通过给定位移参考电压和反馈值比较来完成，综合电路是一片gal16v8，用于开关器件栅极控制逻辑处理和换向信号的脉冲分配，而速度指令产生电路是由滑模变结构控制器来实现。
2.2系统控制原理
作为机电一体化的无刷直流电动机，位置闭环是其一大特色，它是电机实现自电子换向的前提，所以本直线作动系统的控制主要表现为直线位移的闭环控制，如图2所示，p(s)是pwm功率放大电路，它根据转速调节指令uaj产生pwm脉冲，从而对电机施加一个正比于速度指令的电压调节值，是一个比例放大系数ki，而gi (s)是无刷直流伺服电机的传递函数，其一般式是：
一般机电时间常数取决于电机电参数和转动惯量，且td>tl。当忽略电磁时间常数时，电机传递函数可近似为惯性环节。
g2 (s)是直线作动器和减速器传递函数，由于输入是电机速度，输出是位移，其形式为：
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