稀土永磁無刷直流電動機伺服作動系統
馬瑞卿 劉衛國 李鐘明（西北工業大學西安710072）
摘 要 介紹了一種簡單實用的滑模變結構控制技術，給出了系統直線位移閉環控制結構框圖及各環節的傳遞
函數和硬件實現電路。
敘 詞 永磁電機無刷直流電動機伺服控制
l 引 言
稀土永磁無刷直流電動機由稀土永磁同步電機、逆變控制器及轉子位置檢測器構成，它具有體積小、重量輕、效率高、慣量小和響應快的特點，同時還保留有類似直流電動機優良的控制特性。由于這種電機采用電子換向器代替了機械換向裝置，因而克服了電刷和換向器所帶來的一系列缺點，如噪聲、電磁干擾、換向火花、電刷磨損和可靠性差等。近幾年，隨著稀土永磁材料和電力電子器件性能價格比的不
斷提高，稀土永磁無刷直流電動機作為中小功率高性能調速電機和軍民用伺服控制電機應用越來越廣泛，大有逐步取代普通直流有刷伺服電動機的趨勢。為此，本文針對某直線伺服作動系統，采用稀土永磁無刷直流電動機，介紹了一種簡單實用的滑模變結構控制技術，文中給出了系統直線位移閉環控制結構框圖，介紹了系統控制方法，給出了各環節的傳遞函數和硬件實現電路。
2 系統控制原理
2.1系統構成
本系統各個環節構成如圖1所示，其中電機本體足一臺三相稀土永磁同步電動機，定子采用整距繞組，其反電勢具有梯形波，轉子勵磁采用釹鐵硼
(ndfeb)稀土永磁材料，在轉子一側端部鋁盤上嵌有兩個1806的瓦片磁鋼，并由鋁盤與主磁場隔開.
基金項目：航空預研項目資助后與轉子本體固定成一體，作為轉子位置的敏感磁場。轉子位置傳感器采用三個磁敏式霍爾開關檢測器件ugn3119u，當轉子旋轉一周時，三個傳感器輸出相差1206、占空比為o．5的周期脈沖a、b、c。電機轉子軸經多級齒輪減速器驅動直線作動器的蝸輪蝸桿機構，而直線位移檢測采用精密滑線變阻器，變阻器中心點接地，兩端接士5v穩壓直流電源，移動觸頭由蝸桿帶動，從而使觸頭上可輸出正比于位移量的電壓信號，用于系統位移反饋。電機功率逆變電路采用三相橋式逆變器，并由直流48v經濾波電容供電，其6個功率開關采用高頻mosfet器件irf530，逆變器直流回路電流經敏感器件lem模塊la-25np來實現電流檢測，用于電流限幅和過流保護。功率逆變器開關器件采用6路集成芯片ir2130來驅動，pwm產生電路采用單極性定頻調寬集成電路sg3525，其輸出脈沖寬度正比于加在電機定子繞組上的電壓平均值，并由此來實現靳波調壓調速控制。電機正反轉控制通過給定位移參考電壓和反饋值比較來完成，綜合電路是一片gal16v8，用于開關器件柵極控制邏輯處理和換向信號的脈沖分配，而速度指令產生電路是由滑模變結構控制器來實現。
2.2系統控制原理
作為機電一體化的無刷直流電動機，位置閉環是其一大特色，它是電機實現自電子換向的前提，所以本直線作動系統的控制主要表現為直線位移的閉環控制，如圖2所示，p(s)是pwm功率放大電路，它根據轉速調節指令uaj產生pwm脈沖，從而對電機施加一個正比于速度指令的電壓調節值，是一個比例放大系數ki，而gi (s)是無刷直流伺服電機的傳遞函數，其一般式是：
一般機電時間常數取決于電機電參數和轉動慣量，且td>tl。當忽略電磁時間常數時，電機傳遞函數可近似為慣性環節。
g2 (s)是直線作動器和減速器傳遞函數，由于輸入是電機速度，輸出是位移，其形式為：
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