数控机床、工业机器人、航空航天等,同步电机因具有机械结构简易、功率密度高、转矩平稳和运行可靠性高等优点,逐步成为中小功率等级高性能直流伺服领域驱动电机的佳选。伺服系统的外部负载存在不确定性的扰动,例如,工业机械臂从某一位置提取重物后,移至另一位置下放重物,其中直流伺服电机‍的工作质量继和以下两个因素有很大关系。

1、摄动

首先,同步电机本体系统为一个非线性、多变量强耦合的系统,虽然通过矢量解耦控制能够将其当成直流电机控制,然而其仍然存在交直轴间的电流耦合,在电机外部负载突变和大负载工况下,该耦合项会降低系统解耦控制性能,影响系统稳定性,进一步降低伺服系统的动态响应性能;其次,同步电机本体的机械参数如电机定子电阻、电感以及转子磁链等对周围环境温度较为敏感,电机在不同运行工况下的发热导致该类参数值会发生一定程度上的摄动,导致电机本体模型发生改变。

2、电流振荡

考虑到传统伺服系统的电流内环控制通常基于本体数学模型,电机内部参数摄动下的电流内环动态响应能力会大打折扣,严重时会使得内环系统不稳定,发生电流振荡现象。另外,整个伺服控制系统的理想同步电机数学模型与实际数学模型存在一定差异,如电机的齿槽转矩,还包括一些其他的模型,例如机械负载的连接环节,这些未建模的扰动通常容易被忽略,系统的动态响应性能往往不如预期。

针对直流伺服电机‍系统的两大控制问题分析,高性能的伺服系统必须解决不确定性扰动和机械谐振问题。基于现实的需求,要从同步电机伺服系统的转速环和电流环入手,考虑外部负载扰动和内部参数摄动设计新型转速环和电流环系统,以解决伺服系统的不确定性扰动问题,提高伺服系统对内部参数摄动和外部负载扰动的鲁棒性。