永磁同步电机的控制研究_开题报告

引言：

“工业4.0”项目，在2013年4月的汉诺威工业博览会上被德国工程院、费劳恩霍夫协会、西门子公司等正式推出。“工业4.0”项目是在德国工程院、费劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推出下形成；这一研究项目在2010年7月就被德国政府确定为十大未来项目之一--旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。“工业4.0”是利用信息技术、机械智能技术促进产业革命，实现人工智能化时代。

近年来随着现代电机控制技术不断的发展，对提高电机的性能要求也越来越高，如何更好的控制电机，降低成本，减少功耗是现在共同研究的方向，因此也产生了一些更好的算法。

永磁同步电机由于其体积小、效率高、可靠性高等优越的性能和特点得到了广泛的运用。也随着PWM技术的不断发展，以及DSP的广泛运用，使得永磁同步电机得到更好的控制，也使得其在更多领域被使用。

伺服电机为了达到生产的精准控制,电机一般采用三环控制,这主要是为了使伺服电机系统形成闭环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。电压映射电流变化，电流映射转矩大小，转矩大小映射转速的变化，转速同时又映射了位置的变化，三环控制是考虑电气与物理融合。以达到非常精准，可靠的控制。永磁同步电机伺服系统三个控制环分别是，最内环电流环，也是最重要的控制环，其次是速度环，最后是位置环。电流环、速度环控制好坏将直接影响整个系统的动态性能及稳定性。

本文在电流环、速度环数学模型及控制方式的基础上，针对永磁同步电机电流环、速度环在塑机行业的控制方法、应用及控制改善，分析永磁同步电机电流环、速度环控制方法、应用在系统控制中所起到的作用及工作特点。

一、塑机行业伺服控制前身

2010年国家出台了节能补贴政策，提出“节能减排”规划；2013年国家又提出“工业节能”规划，为响应国家的这一节能政策，推动产业转型升级，提升企业经济效益。

塑机行业的企业迎来了转型升级的转折点，以往都是三相异步电机通过压力、流量比例阀控制压力、速度来满足不同生产工艺要求，这种操作不但不节能、控制不稳定、噪音大而且成本高。原因有以下几点：

以往塑机行业所使用的三相异步电机是恒功率输出、速度不可调节，导致输出能量无变化，但又要满足整个塑机工艺需求，电机只能选择较大电机，这样就满足不了节能需求；因为三相异步电机是恒功率输出、速度不可调节，电机一直处于额定速度运行（一般额定值：1200rpm——1500rpm），这样电机所产生的噪音是持续的，且液压油使用周期变短；

塑机整个控制周期，由于它的工艺参数是在变化，必须要通过压力、流量比例控制阀来调节压力与速度；因为油管有膨胀因素、液压油有压缩比且对温度变化有一定的要求，用压力、流量比例控制阀来调节压力与速度，存在动态响应，压力、流量调节延时，油路变化等干扰因素存在，所生产的产品合格率将大打折扣；

液压油简要说明：40℃时油液运动粘度在41.4-50.6mm2/s，即温度在40度时,油品的运动粘度,单位:厘斯.标号越大,稠度越大.根据设备的要求及外部环境使用不同粘度的液压油 ， 46号液压油适合于温带地区（环境温度偏低、沾度偏低），68号液压油适合亚热带地区（环境温度偏高、沾度偏高）。粘度要适当粘度是液压油的重要指标，粘度小了会使泄漏增大，降低客积效率；粘度大了会使摩擦损失增加 

二、塑机行业伺服控制简介

转型升级进入伺服控制时代，解决用电问题、工艺控制问题、噪音问题，同时也提升的产品的合格率。以海天塑机为例，打出广告“节能率可以达到20%—70%”；生产产品合格率由原先的60%——70%提高到85%——97%，伺服控制大大节约生产企业的用电成本、人工成本、原料成本，同时也响应国家的“工业节能”政策。

近几年随着国家政策的变化，对企业需求的提升，节能减排已经是成熟产业，它已成为历史；“工业智能制造”已成为当下流行词，不但要节能，还要节人（由机械代替人工），实现智能制造，这是对伺服控制提出了更高的要求，伺服节能是它的启初，伺服控制是它的本职，伺服智能控制是它的使命。

让我们先来了解伺服控制的组成及关系建立，它是由控制电脑、伺服驱动器、永磁同步电机组成；由控制电脑提出需求指令传输给伺服驱动器，再由伺服驱动器根据传输值转换不同频率、脉动电压传输给永磁同步电机，永磁同步电机根据传输值实现不同速度、力矩的控制，它们分别是由以下控制环来控制：

1.力矩的控制是最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。

　　2.速度控制是第二环速度环，通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

电流环数学模型及控制方式

、电流环数学模型基础说明

、电流环控制方式简介

速度环数学模型及控制方式

、速度环数学模型基础说明

、速度环控制方式简介

塑机行业电流环、速度环应用及案例分享

、塑机行业的应用

、塑机行业案例分享

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