六相永磁同步直线伺服电机控制系统的研究

论文摘要

直线伺服电机作为一种崭新的进给方式呈现出极大的生命力。随着永磁材料的快速发展,永磁直线伺服电机的应用领域日益拓宽,其中永磁同步直线伺服电机由于具有高效节能,结构灵活等优势而在现代运动控制系统中占据主导地位。多相永磁同步直线伺服电机是对永磁同步直线伺服电机的进一步发展。我所研究的多相永磁同步直线伺服电机采用六相不对称联接方式,其初级绕组由相互位移30°电角度的2套三相对称星形绕组组成,它不同于多相绕组均布的永磁直线伺服电机,可以有效消除气隙磁动势中的5次和7次谐波。与普通三相电机相比,多相电机主要有两个方面优势:一是可以显著降低电机谐波损耗,减小电机转矩脉动,提高系统效率及稳定性;二是可以用低压器件实现大功率。因此,它的开发和应用受到国内外的关注。本文以TI公司推出的电机专用微处理器TMS320LF2407A DSP为控制核心,研究了基于DSP的六相永磁直线同步伺服系统的设计与控制。首先介绍了直线电机的应用与发展趋势,直线电机的工作原理、特点,控制策略及本文要研究的内容;其次,通过对永磁同步电机控制策略的一般分析选定本系统的控制策略,并介绍了永磁直线同步电机的工作原理、多相系统的特点,并以双Y移30°六相永磁同步电机为例进行了矢量控制和坐标变换的研究;然后,介绍了DSP的发展历史、特点及应用范围,说明了DSP与其它单片机或通用微处理器相比在性能上的优势;最后,对系统硬件电路中用到的相关硬件进行了系统的学习与分析,详细地论述了基于DSP的六相永磁直线同步伺服系统的硬件设计以及主要软件的流程图和实现方法,为多相直线同步电机在伺服控制系统中的应用提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 六相直线电机的应用与发展
• 1.2 直线伺服电机原理及特点简介
• 1.2.1 直线电机的结构与工作原理
• 1.2.2 直线电机的分类
• 1.2.3 直线电机的优缺点
• 1.3 六相直线伺服电机系统主要需要研究的问题
• 1.4 课题的背景以及主要研究的工作
• 第二章 六相永磁直线同步电机
• 2.1 永磁同步直线电机的基本工作原理
• 2.2 六相永磁直线同步电机的矢量控制及坐标变换
• 2.2.1 多相永磁伺服直线电机概述
• 2.2.2 多相永磁伺服直线电机的坐标变换
• 2.2.3 多相永磁伺服直线电机的磁动势和电磁推力
• 2.3 多相永磁伺服直线电机的模型
• 第三章 六相永磁伺服直线电机控制策略
• 3.1 六相永磁伺服直线电机控制策略的一般分析
• 3.2 按次级磁链定向矢量控制的原理与特点
• 3.2.1 按次级磁链定向矢量控制的原理
• 3.2.2 按次级磁链定向矢量控制方式的特点
• 3.3 本论文采用的控制策略
• 第四章 六相直线电机伺服系统仿真研究
• 4.1 MATLAB/SIMULINK简介
• 4.2 三相永磁同步直线电机的仿真
• 4.3 六相永磁伺服直线电机的仿真
• 4.4 模糊控制原理及多相永磁伺服直线电机的模糊控制
• 4.4.1 模糊控制原理
• 4.4.2 多相永磁伺服直线电机的模糊控制
• 第五章 硬件电路的设计
• 5.1 TMS320LF2407A概述
• 5.1.1 哈佛结构
• 5.1.2 流水线技术
• 5.1.3 硬件乘法器
• 5.1.4 特殊的DSP指令
• 5.1.5 快速的指令周期
• 5.1.6 正交编码脉冲电路
• 5.1.7 DSP在电机控制领域应用的展望
• 5.2 基于矢量控制的DSP系统总体结构
• 5.3 控制系统硬件总体设计
• 5.4 系统主电路及辅助电源电路
• 5.5 驱动电路及保护电路
• 5.5.1 IGBT几种驱动电路的比较
• 5.5.2 IR2233芯片的功能介绍
• 5.5.3 驱动电路与保护电路
• 5.6 信号检测电路
• 5.6.1 电流检测
• 5.6.2 速度位移检测
• 5.7 PID算法及其控制参数的确定
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录