1．目的及意义

伺服驱动器简单地说：是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

伺服系统的发展可以追溯到1956年，美国贝尔实验室发明了以晶闸管为代表的第一代电子器件，而此时，无刷电机和直流电机已经开始产品化，并在计算机外围设备和机械设备上广泛应用。此时的伺服装置主要有步进电机驱动的液压伺服马达，其特征是以功率步进电机直接驱动，并采用开环控制。随后，60年代开始，矢量控制技术被提出，紧接着直流伺服电机诞生并进入全盛发展，其易于控制，调速性能好，相关理论技术比较成熟，并且实现了由开环控制到闭环控制的飞跃。1971年，西门子工程师F.Blaschke提出了交流电机矢量控制原理，成功地将交流电机运用于伺服系统变为可能，并打破了直流电机在伺服控制领域地垄断地位。然而，此时的伺服系统主要由分立元件、模拟电路搭建而成，体积大、性能低等一系列问题制约了伺服系统的发展，因而，直流伺服电机仍然应用十分广泛。而到了70年代后期，可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）及模块相继实用化，使得矢量控制的思想得以进一步实现，到了80年代，微电子技术电力电子技术产生了新一代高频化、全控型功率集成器件，使得交流伺服系统的性能日渐提高，价格逐渐降低。同时，直流电机可靠性低、结构复杂、环境适应性差等一系列问题也日渐暴露出来，交流电机逐渐取代直流电机，在高精度、高性能要求的伺服驱动领域广泛应用。

伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化；功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。随着全球工业自动化的推进，伺服驱动器在制造业尤其是需要高薪技术的制造业如机器人、高精度数控机床、航空航天等应用非常广泛。

随着工业4.0的不断推进，制造业在我国不断进行产业升级，呈现出了蓬勃发展的态势，我国由工业大国向工业强国迈进。伺服驱动器作为工业自动化的一个重要组成部分，在运动控制领域以其高精度、快速响应的优势发挥着非常重要的作用。形式的不断推进促进了国内伺服驱动器行业的快速发展，大大提高了国产伺服驱动器的性能，使得国产伺服驱动器向着智能化、高性能化、数字化的方向发展。然而由于国产伺服驱动器研发开始时间较晚、发展时间较短，导致国产伺服整体性能水平不高，目前也主要应用在中低端市场，在高端伺服市场上欧洲、美国、日本占据了大部分份额。因此，加大对伺服驱动器的研究力度，提高我国伺服系统性能，拥有着广阔的市场前景。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}

基本内容

查阅相关国内外文献，了解伺服驱动器的产生与发展历程，参考论文的内容，详细了解永磁同步电机的控制思路及技术手段。通过分析永磁同步电机的组成与原理，使用MATLAB建立其数学模型，详细了解永磁同步电机的坐标系与坐标变换，即自然坐标系，静止坐标系和旋转坐标系，Clark变换和Park变换等相关知识，运用电机的矢量控制原理进行控制策略的分析与实现。进行控制系统的软硬件设计，详细介绍常用控制算法，如PI控制算法，SVPWM控制算法的实现原理，最后根据目前模型上的一些不足之处，提出自己的改进方案。由于目前PMSM的数学模型已经比较完善，已经形成一套系统的控制方法，比如SVPWM空间矢量控制算法，逆变电路设计等。因此，针对能进行改进的地方主要有速度环PI控制，电流环PI控制，电机相关参数的测量。在确定改进方案后，需要进行仿真分析，验证方案的可行性与合理性。

研究目标

1.掌握DSP的硬件结构及工作原理，学会DSP软硬件分析和设计的基本方法。

2.熟悉相关的工具软件MATLAB的使用，学会使用其进行数学模型的建立与仿真分析。

3.熟悉永磁同步电机伺服驱动器矢量控制的工作原理，并建立基于矢量控制的永磁同步电机矢量控制的模型。

4.通过阅读大量的相关文献，对现有的控制方法不足之处提出自己的改进方案，并进行分析验证。主要针对带负载情况下启动时电机转子位置检测的改进，改善启动时电流过大，启动速度较慢等现有问题，进一步优化电机的整体性能。