文 献 综 述

伺服系统是自动控制系统重要研究方向，它是伴随电的应用发展起来的，最早出现于二十世纪初。1934年第一次提出来伺服机构这个词。伴随着自动控制理论的发展，到二十世纪中期，伺服系统的理论和实践均趋于成熟。近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速进步，伺服技术更是如虎添翼突飞猛进，它的应用几乎遍及社会的各个领域。从国防，工业生产，交通运输到家庭生活，而且必将发展应用到更新的领域。伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电动机分为直流和交流伺服电动机两大类，交流伺服电动机具有响应快，低速平稳性好，调速范围宽等特点，因而常用于实现精密调速和位置控制的随动系统中，在工业，国防和民用等领域内得到广泛应用，特别是在火炮稳定系统，舰艇平台，雷达天线，机器人控制等对未知速度的控制精度要求较高的场合。

永磁同步电机伺服系统一般具有电流，速度和位置的三闭环控制结构，其中电流环和速度环作为内环，位置环作为外环。依据控制系统工程设计法设计出电流环、速度环、位置环后，研究速度环相对于电流环和位置环的配置对伺服系统性能的影响文献[1]进而设计出满足指标要求的伺服控制系统。电流环是提高系统快速性的基础，在同步旋转轴系下，文献[17]提出一种基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法，来提高电机电流环的性能。为限制最大电流的同时抑制电流环内部干扰，保证系统安全运行。在永磁同步电机矢量控制电流环控制模型基础上，文献[18]通过对影响电流环性能的多种因素进行综合分析和研究，提出了抗噪声的电流采样优化策略和抗反电势干扰的控制优化策略。文献[24]在速度、转子位置，直接和交轴电流和电压的永磁同步电动机使用扩展卡尔曼滤波的测量三相定子电流，只是方法不同于以前类似的其他作品。

针对电动舵机位置伺服的高性能要求，文献[2][11]采用TI公司生产的TMS320F2812作为主控制器，在对其结构介绍、软件平台的介绍后，简单的进行了系统软硬件的设计，其中包括各种检测与控制、保护环节的硬件设计和软件流程。在提出一种基于粒子群参数全局寻优的在线自整定PID控制器后，文献[3]通过MATLAB/Simulink对永磁同步直线电机和其空间矢量控制系统进行建模和仿真实验。文献[4]提出一种变论域自适应模糊PID复合控制策略，采用变论域模糊控制实现控制参数自整定和控制规则的自调整，并将其应用到基于矢量控制的永磁同步电机伺服系统速度环中。为了解决PI控制器在永磁同步电机伺服控制中自适应和鲁棒性差等问题，文献[5]采用了全鲁棒滑模控制方法设计了永磁同步电机伺服系统的位置控制器，提出了带有指数函数的时变滑模面，采用极点配置的方法设计滑模面参数，并推导了控制律。针对三环永磁同步电动机位置伺服系统结构复杂、参数整定困难、抗扰性差等缺点，文献[20]设计了一种基于自抗扰控制器的单闭环位置伺服系统，将自抗扰控制器的输出直接作为系统期望转矩角，简化了系统结构，提高了系统的鲁棒性。

目前用于电机控制的集成电路有电机控制专用集成电路，数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑控制器（PLC）、单片机（或微处理器MCU）、FPGA等。

针对传统直线运动采用旋转电机与滚珠丝杠结合的方式存在效率和精度低等现象，文献[6][7][9]中以DSP为核心，构建了一个永磁同步电机矢量控制伺服系统，并给出了其硬件电路和软件流程，试验表明该系统具有优良的控制性能。文献[8][12]给出了一种基于数字信号处理器和智能功率模块的经济型永磁同步电动机矢量控制系统方案，详细阐明了系统硬件组成和软件实现方法。而文献[10]则设计了一款采用数字信号控制器和智能功率模块(IPM)架构，基于空间矢量控制算法的永磁伺服电机数字驱动器。在对于系统结构组成、控制方案、控制器软硬件设计进行阐述后，文献[22]提出了一种间接磁场定向控制器竞选感应电动机驱动器。

在充分考虑永磁同步力矩电机直驱式伺服系统矢量控制特点和分析了永磁同步电机的数学模型的基础之上，基于Ahera公司生产的现场可编程门阵列（FPGA）的永磁同步电机伺服控制系统的设计，文献[13][14][15][16]选择基于空间矢量调制(SVP-WM)方式的id=0控制方法作为力矩伺服系统矢量控制策略，分析电流与速度调节器参数的设计方法，在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建系统模型并进行了系统的仿真研究。文献[16]同时给出了系统的整体结构，最后利用SVPWM逆变器对系统进行试验验证，试验结果印证了理论的正确性，证明系统有良好的性能。从合成矢量的角度出发，文献[19]提出了一种同步dq旋转坐标系下无需电感参数的电流解耦调节器，实现了无电感参数解耦控制，改善了SPMSM系统的动态性能。

文献[21]中提出了一种基于复发Elman神经网络(RENN)自适应鲁棒控制方案实现高性能速度跟踪系统不确定性的存在。文献[23]提出了磁场定向控制和模糊逻辑控制为双馈机变速驱动系统的电力恢复配置而设计。高性能潜在的滑动力回收系统是用这些先进控制来实现，而灵活的无功功率控制成为可能，相比普通的变速驱动器和单独美联储感应电机，电源转换器评级降低。文献[25]使用定子绕组连接通量模型通过使用有限元法进行位置和永磁电机无速度传感器矢量控制方法。

矢量控制技术的出现在交流电机控制技术的研究领域具有划时代的意义，从理论上解决了交流电机转矩控制的问题。采用矢量控制技术可将三相交流电机等效为直流电机来控制，使交流电机伺服系统的动、静态控制性能可以和直流伺服系统相媲美。由于异步电动机运行时，转子发热等会造成转子参数变化，依赖于转子参数的转子磁场难以准确观测，使得实际控制效果难以达到理论分析的结果。这是矢量控制在实践上的不足。而永磁同步电动机采用永磁体做转子，参数较固定，所以矢量控制技术在小功率和高精度的永磁同步电机伺服系统中得到了广泛应用。