电机驱动器电流控制参数整定算法研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:shl405567051
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光刻机是集成电路加工中最重要的设备,为提高光刻机生产效率,需要提高光刻机工件台高速、高加速以及高精度性能;工件台采用永磁同步电机直驱方式进行驱动,为了提高其性能,则需要从电机和驱动器两方面来进行改进;目前已经从永磁同步电机和PWM驱动器的硬件方面做了一些改进措施,但只是从硬件方面来提高工件台性能,效果有限,还需要通过驱动器电流控制方面来提高电机线圈中电流的响应速度和稳定性,从而提高工件台性能。PWM驱动器控制系统采用从外到内依次为位置环、速度环和电流环的经典三环控制结构,电流环主要控制驱动器输出给电机的电流,而电流环采用PID控制器来进行控制,因此为了提高工件台性能,需要对电流环中电流控制参数整定算法进行研究。传统的PID参数整定算法主要是针对一些理论指标来进行,如最优零极点、最小误差等,这些指标没有考虑实际驱动器输出限幅的情况,因而整定得到的参数往往在实际应用过程中达不到预期目标。本论文的电流控制参数整定目标确定则考虑驱动器实际输出限幅的情况,让驱动器电流环对电流指令的响应过程中,电流控制器的理论输出不超过限定幅值,让电机以最快速度运行的情况下,电机线圈中电流对最大允许电流的最快响应时间作为电流控制参数整定目标,即让电机在极端运行情况下,线圈中电流的响应速度能达到目标,从而保证电机无论处于何种运行状态下,其线圈中电流的响应速度均能达到目标。针对该目标,本论文提出了相应的电流控制参数整定思路。首先通过对电流环进行开环模型辨识,得到电流环中被控对象的传递函数,从而求出电流环的开环频率特性,依据开环频率指标与闭环稳定、响应速度性能之间的关系对开环频率特性曲线进行调整,并通过开环穿越频率点解算出电流控制器参数;由于参数解算过程中,一些参数取值通过估算得到,得到的参数可能不是最优的,因此再通过遗传算法在解算得到的参数邻域范围内对参数进行优化,让最终得到的参数使电流环系统性能最优。最后搭建直线电机伺服驱动实验平台,运用所讨论的参数整定方法对驱动器电流控制参数进行整定和优化,将整定得到的参数和优化后的参数分别用于电机静止和运动状态下电流环阶跃响应测试,通过测试表明优化前后的参数均能使电流环性能达到目标,验证了所提的驱动器电流控制参数整定算法的可行性。
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