● 摘要
摘 要作为一类典型的伺服系统，机器人关节伺服系统是机器人系统重要的组成部分，其性能的好坏是衡量机器人性能的重要指标之一。为满足未来机器人对关节伺服系统提出的更高要求，本文针对采用线性霍尔传感器的永磁同步电动机，研究了位置/速度检测、电流控制等关键技术。在保证伺服控制性能前提下，降低伺服系统功耗、质量以及成本，具有重要的理论意义和实际应用价值。论文完成的主要工作如下：首先，针对机器人伺服系统，建立了基于永磁同步电动机的机器人关节伺服系统数学模型。分析了机器人关节伺服系统模型的复杂性，明确了被控对象的特性及其对伺服电机的性能要求。第二，针对机器人关节伺服系统对功耗、质量、成本以及可靠性的要求，采用三路线性霍尔传感器对电机转子位置进行检测，并设计了基于扩张状态观测器的电机位置/速度观测算法。与传统方法相比，基于线性霍尔传感器的位置/速度检测方法功耗低、质量轻、可靠性高、成本低，并具有良好的检测精度。第三，为简化永磁同步电动机电磁转矩的控制，把电磁转矩的控制问题转化为相电流幅值控制和三相电流瞬时值控制问题，提出了相电流幅值控制策略和三相电流直接控制策略，分别通过对相电流幅值控制和对三相电流瞬时值控制实现电磁转矩的控制，并进行了实验验证。最后，以TMS320F2812处理器为核心，设计了永磁同步电动机速度伺服系统实验平台，对本文提出的位置/速度检测方法和电磁转矩控制方法进行验证。关键词：机器人，永磁同步电动机，电磁转矩控制，电流控制