交流伺服电机及其控制系统场路耦合仿真设计研究

作     者：沈风顺 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢俊国;熊伟红

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：交流伺服电机 三维有限元分析 场路耦合 齿槽转矩 

摘      要：现代机电控制系统设计追求实时性的快速开发理念,以满足对设计原形的高可靠性的、快速开发加工生产的目的和需求。机电控制系统的计算机辅助设计平台已经步入到数字化、虚拟化的时代。构建完善的机电控制系统快速开发平台,有助于加速工程开发进度,减少样机开发流程和成本,快速验证样机及控制器的可靠性和完整性。本文主要由三部分组成:第一部分,通过最新的航天机电控制半实物快速仿真技术的应用,总结分析了控制用交流伺服电机及其控制技术的系统仿真方法,提出了“交流伺服电机场路耦合三维有限元仿真的重要性,阐明了使用三维代替传统二维仿真分析的优势。第二部分,论述了齿槽转矩对电机控制性能的影响,罗列了降低齿槽转矩的方法及利弊,使用解析法计算了电机的极弧系数,然后使用三维电磁有限元方法对电机中的齿槽转矩和空载状态进行仿真分析,通过计算论证了三维电磁有限元的关键技术及优势。第三部分,目前电机设计与控制系统设计相对独立,致使电机与控制器匹配较差的现状,本文提出了一种场路耦合方法,将电机的三维有限元仿真与控制系统仿真相结合对电机系统进行仿真分析,以确定所设计的交流伺服电机在某种特定的控制策略下能满足控制性能指标要求。本文对所设计的交流伺服电机系统进行了瞬态仿真,实现了负载启动与控制,并给出了仿真结果。本文所提出的场路耦合仿真方法,对于其它类型电机的优化设计同样具有重要的参考价值。