基于DSP的三相混合式步进电机驱动器

论文摘要

步进电动机是工业控制中常用的一种电机,其最大的优点是可以进行开环控制,无需位置和速度传感器,并且具有很高的精度,因而在办公设备和数控系统中获得了广泛的应用。混合式步进电机综合了反应式和永磁式步进电机的优点,具有很高的效率和运行精度,性能优异,是本文的研究对象。然而,采用传统控制方法进行开环控制的步进电机,运行噪声大、易振动,严重时将导致失步。实践证明,细分控制可以有效的减小步进电机运行中的振动和噪声,增加电机运行的平稳性。由于混合式步进电机的运行原理类似于同步电机,因而可以借鉴同步电机先进的控制方法来控制混合式步进电机。本文将同步电机常用的矢量控制应用到混合式步进电机控制中,实现了混合式步进电动机步距角的任意细分控制,取得了良好的效果。文章分析了三相混合式步进电动机的工作原理,在忽略一些非线性因素的前提下,建立了三相混合式步进电机理想的数学模型,并根据数学模型提出了相应的控制方案。以数字信号处理器TMS320LF2403A为核心,设计了三相混合式步进电机驱动器的硬件和软件。数字PI调节器和空间矢量PWM技术是本控制系统的核心,文中详细介绍了PI调节器和空间矢量PWM的原理及数字化实现。最后介绍了系统的实验装置。实验结果证实了控制方案的可行性,也表明了本课题设计的控制器具有优良的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 步进电机及其驱动器的发展概况
• 1.3 课题的主要工作
• 2 混合式步进电动机的原理及其驱动控制
• 2.1 三相混合式步进电动机的结构和工作原理
• 2.2 步进电动机应用中要注意的问题
• 2.3 步进电动机的振动和失步
• 2.4 步进电动机的细分驱动技术
• 2.5 三相混合式步进电动机的数学模型及其控制方案
• 2.6 本章小结
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 系统硬件的总体结构
• 3.2 数字信号处理器简介
• 3.3 控制部分外围电路介绍
• 3.4 智能功率模块及其驱动电路
• 3.5 全波整流中的大地隔离问题
• 3.6 本章小结
• 4 系统的软件设计
• 4.1 系统软件的总体结构
• 4.2 各程序模块功能分析
• 4.3 PID 调节器的原理及数字化实现
• 4.4 数字PID 控制算法的改进
• 4.5 空间矢量PWM 技术及其数字化实现
• 4.6 软件设计中的一些问题
• 4.7 本章小结
• 5 实验结果及分析
• 5.1 实验装置介绍
• 5.2 驱动器性能测试结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献