基于xc167ci的直流无刷电机高精度伺服系统设计
任志斌，朱俊林
（江西理工大学机电工程学院，赣州341000）
摘要：为了提高直流无刷电机伺服系统的控制性能，转矩控制及位置调节器设计是关键。传统的无刷直流电机在换相期间会产生很大的转矩脉动，该文在分析无刷直流电机数学模型和换相原理的基础上，提出了一种新的无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法。其次，位置伺服采用了模糊自适应pid控制器实现快速跟踪控制，采用此法能够克服单纯使用pid控制存在的超调和振荡，使系统输出超调明显减小，定位速度得到提高。在实验系统中，采用以xc167 ci控制系统组成的伺服系统证明所提出的方法对于提高系统的性能是有效的，最后将其成功应用于自行研制的高压输电线巡检机器人控制系统中，获得了满意的效果。
关键谓：直流无刷电机；高精度；抑制转矩脉动
中图分类号：tm36 +1 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)07-0057-04
o引 言
随着工业技术的飞速发展，要应用到大量的伺服驱动，且对它们的性能提出了严格的限制。永磁无刷直流电机由于功率密度大、体积小、结构简单、容易控制等特点，在办公自动化、计算机外围设备、航空、机器人、军事等伺服控制方面获得了广泛的应用。在理想的状况下，无刷直流电机( bldcm)是梯形波反动势和方波电流，因而产生的电磁转矩是恒定的。但实际上，由于换向相换相的影响，非换向相电流会发生波动，从而产生电磁转矩的脉动，而电磁转矩脉动问题制约了其在要求高精度高稳定性场合的应用，解决其转矩脉动问题一直是工程技术工作者研究的热点与难点。另外，对于存在严重非线性及时变性的大功率被控对象，常规pid控制难以保证系统的静态与动态性能，这是因为常规pid控制局限于线性系统，过分依赖于控制对象的模型参数，鲁棒性差。如果能实现pid控制器的参数在线自调整，适应被控对象的参数变化和工作条件变化，就可以较好的克服常规pid控制器的缺点。目前，在线调整pid控制器的参数的方法有很多，也各有特点。对于实际工程土的应用面言，利用模糊控制规则在线对pid参数进行修正是一个较为行之有效的方法。
本文以直流无刷电机为控制对象，设计高性能的伺服控制系统。关键解决两个问题：
①转矩控制，使转矩脉动尽量小；
②调节器的设计静动态需求。
1控制策略分析
1.1转矩脉动抑制
电机由普通的三相电压型逆变器供电，本系统采用单极性调制方式on_pwm型，其调制方式如图1所示。
下面在on—pwm调制方式下，当a相换到b相，在换相前有：
可解得：
则非换向相的平均电压为：
式中，d1为两相导通时pwm的占空比。
在上桥臂从a相到b相换相期间，其电压方程如下：
可解得：
则非换向相的平均电压：
式中，d2为换相期间pwm占空比。
从(7)式和(12)式可以看出，非换向相的平均电压在换相期间发生明显的变化，这种变化产生脉动电流。而无刷直流电机的电磁转矩的 |
