變電站軌道式巡檢機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

趙金洋,張洪麗,張鵬程

山東交通學(xué)院工程機(jī)械學(xué)院,山東 濟(jì)南 250357

0 引言

變電站軌道式巡檢機(jī)器人可按預(yù)定時間間隔和路徑,借助傳感器和攝像頭自動巡檢,發(fā)現(xiàn)異常及時報警,減少人員風(fēng)險,提高巡檢效率和頻率,也可分析處理收集的信息,預(yù)測潛在故障,提高設(shè)備的可靠性和可用性。

大部分變電站軌道式巡檢機(jī)器人的運(yùn)行軌道為室內(nèi)懸掛式軌道,對變電站開關(guān)柜進(jìn)行直線往復(fù)巡檢工作時,需通過自身搭載的攝像頭拍攝現(xiàn)場儀表與開關(guān)圖像,上傳至監(jiān)控平臺完成巡檢任務(wù)[1-3]。為確保所拍攝的圖片質(zhì)量,要求機(jī)器人整體運(yùn)行平穩(wěn),響應(yīng)快、運(yùn)行精確、可靠性高。

機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)主要分為直流有刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)3類。直流有刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)精確控制,但因機(jī)械電刷的換向特性,輸出效率低、摩擦發(fā)熱快、使用壽命短等,不適于在變電站長時間工作[4-5]。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可滿足變電站長時間工作需求,避免了機(jī)械電刷換向帶來的問題,但此系統(tǒng)采用開環(huán)控制,實(shí)際應(yīng)用中因機(jī)器人掛載設(shè)備較重易產(chǎn)生丟步現(xiàn)象,影響運(yùn)行的精確性[6-7]。采用無刷電機(jī)和矢量控制技術(shù)的直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)成本較低,避免了機(jī)械電刷換向特性帶來的問題,采用閉環(huán)控制策略保證機(jī)器人運(yùn)行時的精確度要求,成為此類機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的首選方案,但因電機(jī)本身的磁場換向特性,電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性及機(jī)器人的可靠性較低[8-9]。

為提高機(jī)器人整體的可靠性,改善電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差的問題,綜合考慮同類軌道式巡檢機(jī)器人的設(shè)計要求及變電站巡檢任務(wù)要求,本文采用可靠性高、功率密度大、效率高、換相平滑的永磁同步電機(jī)(permanent magnet synchronous motor,PMSM)[10]為驅(qū)動電機(jī),設(shè)計機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動控制系統(tǒng),完成機(jī)器人PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù),進(jìn)行仿真模擬與實(shí)物平臺試驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 機(jī)器人PMSM驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

變電站軌道式巡檢機(jī)器人的PMSM驅(qū)動系統(tǒng)控制PMSM輸出恒定轉(zhuǎn)速,通過齒輪傳動使機(jī)器人主動輪恒速轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人勻速穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)時要求運(yùn)行平穩(wěn),變速快速精確,結(jié)合同類變電站軌道式巡檢機(jī)器人的設(shè)計參數(shù),確定機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求為:勻速運(yùn)行時最大行走速度為2 m/s,總質(zhì)量m≈20 kg,1 s內(nèi)加速至最大行走速度2 m/s。按此技術(shù)要求進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電機(jī)選型,設(shè)計電機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)。

1.1 電機(jī)選型

軌道式巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。PMSM水平放置,機(jī)器人的傳動系統(tǒng)為多級齒輪傳動。機(jī)器人掛載軌道與運(yùn)行方式如圖2所示,機(jī)器人沿軌道直線運(yùn)動時受摩擦力f和重力G=mg作用,摩擦力f的方向與機(jī)器人運(yùn)動方向相反。

圖1 軌道式巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 機(jī)器人掛載軌道與運(yùn)行方式示意圖

與電機(jī)相連的主動齒輪齒數(shù)為17,分度圓半徑R1=30 mm,質(zhì)量m1=0.06 kg。與主動齒輪嚙合的從動齒輪齒數(shù)為34,分度圓半徑R2=100 mm,質(zhì)量m2=0.20 kg。驅(qū)動齒輪組起傳動作用,由2個相同齒輪組成,單個齒輪齒數(shù)為34,分度圓半徑R3=100 mm,質(zhì)量m3=0.20 kg。機(jī)器人行走主動輪半徑R4=15 mm,質(zhì)量m4=0.50 kg,從動輪隨主動輪轉(zhuǎn)動,輔助機(jī)器人移動,從動輪的半徑、質(zhì)量與主動輪相同。主動齒輪與機(jī)器人行走主動輪的傳動比i=2,齒輪間的傳動效率η=95%。

計算機(jī)器人勻速運(yùn)行的電機(jī)功率

P=μmgv,

式中:μ為巡檢機(jī)器人驅(qū)動輪與軌道間的動摩擦因數(shù),g為重力加速度,v為機(jī)器人運(yùn)行時的最大速度。

機(jī)器人勻速運(yùn)行時,電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60i/(2πR4),電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩M=μmgR4/(iη)。電機(jī)轉(zhuǎn)子的總轉(zhuǎn)動慣量J=(m4R42+m3R32)/(2i2η)。機(jī)器人加速運(yùn)行時,電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩

Ms=M+Jα/(iη),

式中α為電機(jī)轉(zhuǎn)軸角加速度。

經(jīng)計算得:P=156.8 W,n=2 548 r/min,J=0.277 8 g·m2,M=0.619 N·m,Ms=0.638 N·m。

綜合考慮各參數(shù)匹配度與機(jī)器人電機(jī)選型原則[11-12],選取表貼式ASM200電機(jī),參數(shù)如表1所示。

表1 表貼式ASM200電機(jī)參數(shù)

1.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計

PMSM系統(tǒng)是多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng),采用矢量控制(field oriented control,FOC),可將PMSM控制系統(tǒng)由復(fù)雜的非線性交流電機(jī)系統(tǒng)等效為易于控制的直流電機(jī)系統(tǒng)[13-15]。PMSM的電流閉環(huán)矢量控制如圖3所示。確定電機(jī)參數(shù)后,通過FOC的Clarke坐標(biāo)變換與Park坐標(biāo)變換,建立電機(jī)的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸線性數(shù)學(xué)模型;通過傳感器采集電機(jī)三相電流參數(shù)和電角度信息,FOC將三相PMSM矢量轉(zhuǎn)化為d軸和q軸控制器所需電流Id、Iq和電壓Vd、Vq,在d軸和q軸上分別控制,通過比例-積分(proportional-integral,PI)控制器生成可控制電機(jī)輸出的電壓信號Vα、Vβ;對電壓信號Vα、Vβ進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制(space vector pulse width modulation,SVPWM),生成3個開關(guān)作用時間信號Tcm1、Tcm2、Tcm3;將Tcm1、Tcm2、Tcm3與定時器中心計數(shù)模式產(chǎn)生的三角波信號相比,生成脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation,PWM)波形信號,輸入全橋逆變器,生成控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的交流電壓信號Va、Vb、Vc。為方便實(shí)際工程調(diào)試,引入比例-積分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。電流閉環(huán)控制的目標(biāo)是使電機(jī)轉(zhuǎn)矩與調(diào)節(jié)電流的PID控制器輸出產(chǎn)生對應(yīng)關(guān)系,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)矩影響,可通過電流閉環(huán)控制穩(wěn)定輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。實(shí)際運(yùn)行時,機(jī)器人需根據(jù)巡檢任務(wù)要求改變現(xiàn)行速度并快速達(dá)到設(shè)定速度,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的自動控制。在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上引入速度PID控制,實(shí)現(xiàn)PMSM系統(tǒng)的速度-電流雙閉環(huán)控制,如圖4所示,在電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上通過傳感器測得實(shí)時運(yùn)行角速度ω,計算實(shí)時運(yùn)行速度與參考速度ωref的偏差,將偏差輸入PID控制器,通過PID控制器動態(tài)控制電流環(huán)中q軸的輸入電流Iq_in,使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速快速收斂至給定參考轉(zhuǎn)速。

圖3 PMSM電流閉環(huán)矢量控制示意圖 圖4 PMSM速度-電流雙閉環(huán)控制示意圖

1.3 驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計

STM32單片機(jī)運(yùn)算性能高,功耗低。選用STM32F446為主控芯片,DRV8301為電機(jī)驅(qū)動芯片,開發(fā)的控制系統(tǒng)如圖5所示。STM32F446主控芯片輸出PWM信號到DRV8301,DRV8301與STM32F446主控芯片間通過串行外設(shè) (seriel peripheral interface, SPI) 接口通信,由SPI接口通信配置DRV8301的工作模式和電流控制方式等相關(guān)參數(shù),DRV8301接收PWM信號,放大一定比例,生成可驅(qū)動三相逆變器金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的PWM信號,三相逆變器生成等效的交流電壓控制PMSM旋轉(zhuǎn)。DRV8301也可通過SPI接口向主控芯片發(fā)送電機(jī)電壓、電流和溫度等狀態(tài)信息,在三相逆變器的下橋臂采集電機(jī)運(yùn)行時的電流信號,通過DRV8301內(nèi)置運(yùn)算放大模塊計算,輸出到STM32單片機(jī)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(analog-to-digital converter,ADC)模塊,霍爾傳感器采集PMSM運(yùn)行時的電角度信號后輸出到ADC模塊,可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時電流信號與電角度信號的實(shí)時采集反饋,采集到的信號在STM32單片機(jī)運(yùn)算模塊進(jìn)行FOC、SVPWM調(diào)制、PID算法等相關(guān)運(yùn)算,構(gòu)成完整的電流-速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。主控芯片通過通用同異步串行接收發(fā)送器(universal synchronous asynchronous receiver transmitter,USART)與上位機(jī)通信,檢測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),調(diào)試控制系統(tǒng)。

1.4 驅(qū)動控制系統(tǒng)軟件方案設(shè)計

以軟件IAR Embedded Workbench為開發(fā)平臺,采用C語言編寫PMSM控制程序,如圖6所示。PMSM控制程序分為硬件初始化、主程序循環(huán)、中斷服務(wù)程序3部分,各部分程序的流程如圖7所示。

圖6 PMSM控制程序流程圖 a) 硬件初始化 b)主程序循環(huán) c)中斷服務(wù)程序 圖7 各部分程序流程圖

硬件初始化時包括系統(tǒng)初始化、DRV8301初始化、SVPWM控制初始化3部分:系統(tǒng)初始化包括設(shè)置時鐘、初始化通用輸入輸出(general purpose input output,GPIO)端口、初始化定時器、配置ADC和設(shè)置SPI參數(shù);DRV8301初始化包括配置SPI參數(shù)和參數(shù)寫入寄存器;SVPWM控制初始化包括復(fù)位PWM、初始化PID控制器和初始化變換矩陣。

運(yùn)行主程序時,通過主控芯片ADC讀取電機(jī)電流和電角度的模擬量信號,計算讀取的電機(jī)電流和電角度模擬信號,轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,將數(shù)字電機(jī)電流與電角度信號進(jìn)行FOC坐標(biāo)變換計算和PID、SVPWM相關(guān)運(yùn)算,根據(jù)計算結(jié)果生成PWM輸出。后續(xù)等待控制命令或中斷信號,若未檢測到控制命令或中斷信號,則不斷重復(fù)上述步驟。若檢測到控制命令或中斷信號,則跳出主程序,執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

中斷服務(wù)程序中的核心是PWM中斷子程序。由控制器讀取ADC中電機(jī)兩相電流Ia、Ib及霍爾傳感器電角度θ,計算第三相電流Ic,并對Ic進(jìn)行Clarke變換與Park變換,得到d軸電流Id與q軸電流Iq,對Id、Iq執(zhí)行PID計算,得到d軸電壓Vd與q軸電壓Vq,對Vd、Vq進(jìn)行Park變換后執(zhí)行SVPWM運(yùn)算,生成控制PWM信號,運(yùn)行中斷服務(wù)程序后將PWM信號更新到主程序,繼續(xù)運(yùn)行主程序。

2 仿真與試驗(yàn)分析

采用軟件MATLAB Simulink搭建仿真模型與實(shí)物試驗(yàn)時,需設(shè)定系統(tǒng)參考電流。采用控制形式為Id=0,d軸不產(chǎn)生電樞反應(yīng),即不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。此時表貼式PMSM中軸電流用作產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,d-q軸電壓實(shí)現(xiàn)變量解耦,改變Iq可控制PMSM的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速[16-17]。

2.1 仿真模型及結(jié)果分析

按設(shè)計驅(qū)動控制系統(tǒng),采用MATLAB Simulink仿真模塊搭建PMSM電流閉環(huán)仿真模型,采用MATLAB的FCN模塊導(dǎo)入編寫的程序進(jìn)行矢量控制,根據(jù)PMSM額定電壓設(shè)置參考Id=0,Iq=2 A,對電機(jī)選用Permanent Magnet Synchronous Machine模塊。

對三相逆變器選用Universal Bridge模塊,根據(jù)表1的電機(jī)參數(shù)設(shè)置電樞電感、定子相電阻,磁鏈值/轉(zhuǎn)動慣量、黏滯摩擦系數(shù)、極對數(shù)、靜摩擦力,反電動勢為類正弦波,整定控制系統(tǒng)中PI控制器(proportional integral controller,比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)控制器)的P增益與I增益時,引入電流環(huán)帶寬

ωc=2π{R0}Ω/{L}H,

式中:R0為定子電阻,L為定子電感。

電流環(huán)控制系統(tǒng)的P增益KP=Lωc,I增益KI=R0ωc。為便于觀測,設(shè)置仿真時間為1 s。經(jīng)計算得到ωc=6 283 Hz,KP=2.827 35,KI=2 827.35。

搭建的仿真模型如圖8所示,仿真模型中PMSM相關(guān)參數(shù)配置如表2所示,在電流環(huán)控制的基礎(chǔ)上搭建速度-電流雙閉環(huán)仿真模型,如圖9所示。

圖8 PMSM電流環(huán)Simulink仿真模型

表2 PMSM仿真參數(shù)

速度環(huán)PI控制器中的P增益

KPV={β}J/(1.5p{Φf}),

式中:{β}為速度環(huán)帶寬β的數(shù)值,β=100 Hz;p為電機(jī)極對數(shù);{Φf}為以T為單位的電機(jī)磁通Φf的數(shù)值。

圖9 PMSM速度-電流雙閉環(huán)仿真模型

I增益KIV=βKPV。代入電機(jī)相關(guān)參數(shù),計算得到KPV=0.109,KIV=10.9。

將電流環(huán)及速度環(huán)的P增益與I增益分別代入仿真模型,設(shè)定參考速度環(huán)轉(zhuǎn)速為80 rad/s,PMSM電流環(huán)仿真結(jié)果如圖10所示,PMSM速度-電流雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真如圖11所示。

圖10 PMSM電流環(huán)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果 圖11 PMSM速度-電流雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

由圖10可知:在電流環(huán)控制系統(tǒng)的作用下,運(yùn)行約0.1 s后PMSM達(dá)到參考轉(zhuǎn)速并保持穩(wěn)定。說明所設(shè)計的電流環(huán)控制系統(tǒng)可確保PMSM穩(wěn)定輸出轉(zhuǎn)速,保證機(jī)器人長時間穩(wěn)定執(zhí)行巡檢任務(wù)。轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)矩影響,說明輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定,不會對系統(tǒng)產(chǎn)生頻繁沖擊,保證系統(tǒng)可靠。

由圖11可知:在速度-電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)作用下,運(yùn)行約0.01 s后PMSM達(dá)到參考轉(zhuǎn)速80 rad/s,精確穩(wěn)定,控制過程中PMSM轉(zhuǎn)速無劇烈波動。速度-電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)使PMSM快速穩(wěn)定在參考速度的時間比電流環(huán)控制系統(tǒng)更短,保證機(jī)器人快速精準(zhǔn)運(yùn)行。

2.2 實(shí)物試驗(yàn)平臺及結(jié)果分析

根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案搭建的驅(qū)動系統(tǒng)試驗(yàn)平臺,如圖12所示。驅(qū)動系統(tǒng)由24 V穩(wěn)壓電源供電,上位機(jī)軟件為MATLAB,采用表貼式ASM200永磁同步電機(jī),由霍爾傳感器采集電機(jī)運(yùn)行時的電角度信號,由USB連接驅(qū)動控制板和計算機(jī),實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信,調(diào)試器STlink將IAR Embedded Workbench中的控制代碼下載至控制驅(qū)動板進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。根據(jù)速度-電流雙閉環(huán)仿真模型設(shè)置控制程序中的PI參數(shù)后,在平臺進(jìn)行電機(jī)空載與帶載轉(zhuǎn)速試驗(yàn),通過電機(jī)空載轉(zhuǎn)速試驗(yàn)與帶載轉(zhuǎn)速試驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際可行性。

驗(yàn)證驅(qū)動控制系統(tǒng)的實(shí)際可行性,進(jìn)行電機(jī)空載轉(zhuǎn)速試驗(yàn),電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速應(yīng)與速度-電流雙閉環(huán)仿真模型中速度環(huán)參考轉(zhuǎn)速保持一致,設(shè)置電機(jī)期望轉(zhuǎn)速為80 rad/s,通過上位機(jī)查看電機(jī)空載轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果,如圖13所示。由圖13可知:采用速度-電流雙閉環(huán)控制的PMSM轉(zhuǎn)速無超調(diào)快速收斂到期望轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速無明顯波動,與仿真結(jié)果一致。說明所設(shè)計的驅(qū)動控制系統(tǒng)能夠達(dá)到快速、穩(wěn)定、可靠、精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的要求,所設(shè)計的驅(qū)動控制系統(tǒng)實(shí)際可行。

圖12 PMSM實(shí)物試驗(yàn)平臺 圖13 PMSM空載轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果

在驅(qū)動控制系統(tǒng)實(shí)際可行的前提下,在實(shí)物試驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上設(shè)計電機(jī)等質(zhì)量帶載試驗(yàn)驗(yàn)證驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際可行性,如圖14所示。通過聯(lián)軸器連接PMSM與電機(jī)轉(zhuǎn)軸,電機(jī)轉(zhuǎn)軸與帶有軸承的軸承座相連,軸承座下掛20 kg負(fù)載鐵塊模擬機(jī)器人質(zhì)量,轉(zhuǎn)軸末端連接機(jī)器人的驅(qū)動輪,機(jī)器人驅(qū)動輪放置在H型鋼軌道截面上,模擬機(jī)器人運(yùn)行工況。試驗(yàn)前,檢查PMSM上的電機(jī)位置傳感器是否正常工作,此傳感器提供準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置和角度反饋信息,確保PMSM穩(wěn)定運(yùn)行并滿足精確控制運(yùn)行速度的要求,電機(jī)位置傳感器正常工作是PMSM驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定精確運(yùn)行的前提[18-20]。電機(jī)位置傳感器可正常工作時,根據(jù)Simulink仿真模型在控制程序中設(shè)置相應(yīng)的控制環(huán)PI參數(shù)。

實(shí)際工況下機(jī)器人正常勻速運(yùn)行時的速度小于機(jī)器人按最大行走速度勻速運(yùn)行時的速度2 m/s,說明機(jī)器人在正常勻速運(yùn)行時的電機(jī)轉(zhuǎn)速小于機(jī)器人按最大行走速度勻速運(yùn)行時的電機(jī)轉(zhuǎn)速2 548 r/min(42 rad/s)。為更貼合實(shí)際工況,在進(jìn)行電機(jī)等質(zhì)量帶載試驗(yàn)時,選取的電機(jī)期望轉(zhuǎn)速應(yīng)小于42 rad/s,設(shè)置電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速為40 rad/s。通過上位機(jī)查看電機(jī)帶載運(yùn)行的轉(zhuǎn)速情況,試驗(yàn)結(jié)果如圖15所示。由圖15可知:電機(jī)帶載運(yùn)行正常,電機(jī)轉(zhuǎn)速無超調(diào)快速收斂至期望速度,轉(zhuǎn)速無明顯波動。說明在實(shí)際工況下,本文所設(shè)計的變電站軌道式巡檢機(jī)器人PMSM驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行快速、穩(wěn)定、可靠、精確,符合預(yù)期設(shè)計要求,實(shí)際可行。

圖14 PMSM等質(zhì)量帶載試驗(yàn)平臺 圖15 PMSM帶載轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語

根據(jù)變電站軌道式巡檢機(jī)器人機(jī)械參數(shù),選取表貼式ASM200的永磁同步電機(jī)作為變電站軌道式巡檢機(jī)器人的驅(qū)動電機(jī),設(shè)計機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng),進(jìn)行仿真與實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證。采取電流-速度雙閉環(huán)矢量控制方式,電機(jī)的轉(zhuǎn)速無超調(diào)穩(wěn)定收斂至參考轉(zhuǎn)速,說明變電站軌道式巡檢機(jī)器人PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、可靠性良好,能滿足變電站巡檢任務(wù)的相關(guān)指標(biāo)要求。電機(jī)在空載與帶載試驗(yàn)中均能穩(wěn)定精確運(yùn)行,說明本設(shè)計方案實(shí)際可行。

PMSM矢量電流閉環(huán)控制系統(tǒng)依賴電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的作用,若出現(xiàn)傳感器采集精度偏差、傳感器損壞等問題,驅(qū)動系統(tǒng)無法精確運(yùn)作,影響巡檢任務(wù)和電力系統(tǒng)效益?？蛇M(jìn)一步研究電機(jī)無位置傳感器工況下PMSM驅(qū)動系統(tǒng)在變電站軌道巡檢機(jī)器人上的應(yīng)用。