基于ARM-Linux的交流伺服控制器的设计

论文摘要

交流伺服控制系统属于一种运动控制系统,代表了当今技术发展的趋势。在当今自动化技术中,运动控制代表着用途最广而又最复杂的任务。其原因就在于生产过程的速度在不断的提高,而且制造业对加工精度和实现敏捷制造提出了越来越高的要求。本文针对伺服系统的高性能要求,设计了一套基于三星S3C2410A开发板ARM9芯片的全数字交流伺服控制系统,在硬件和软件方面,进行了各模块的设计。首先对交流永磁同步电动机伺服系统的发展概况进行了介绍,然后对交流永磁同步电动机的数学模型、工作原理以及矢量控制在交流永磁同步电动机上的应用进行了说明。在硬件设计部分,阐述了以ARM9芯片为核心的伺服控制系统的构建过程,并对其中比较关键的部分进行了详尽的分析。在软件设计部分,描述了嵌入式操作系统Linux及其在ARM9芯片上的移植,多任务的划分和调度以及各任务的功能流程,并给出了部分程序源代码。在控制算法上采用经典的三环控制策略,采用传统的PID算法,其中位置环采用比例调节算法,速度环和电流环采用比例积分调节相结合的算法。最后进行了仿真试验并对全文进行了简明的总结,并对该领域在未来的发展做了展望。仿真结果表明,采用以上的设计方案可以较好地达到位置跟踪效果。尤是移植了Linux操作系统以后,软件的可靠性、实时性和可扩展性都得到了提高。本课题由于采用了嵌入式操作系统,系统软件可按照多任务的方式来编写,从而将设计难点分散,简化并加快了伺服控制器应用程序的开发,并可以方便的进行功能扩展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 伺服系统概述
• 1.2 伺服系统组成
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 交流永磁同步电动机的结构及其数学模型
• 2.1 交流永磁同步电动机（PMSM）的结构
• 2.2 交流永磁同步电动机的数学模型
• 3 交流永磁同步电动机的控制策略
• 3.1 永磁同步电动机矢量控制
• 3.2 空间矢量脉宽调制
• 3.3 交流永磁同步电动机伺服系统控制器的设计
• 4 系统硬件设计
• 4.1 主电路单元
• 4.2 数字控制单元
• 4.3 外围辅助电路
• 5 系统软件设计
• 5.1 嵌入式Linux概述
• 5.2 ARM-Linux平台开发环境的建立
• 5.3 应用程序设计
• 6 系统仿真
• 6.1 PMSM和逆变器模块
• 6.2 坐标变换和PI调节器模块
• 6.3 SVPWM仿真模型的建立
• 6.4 控制系统仿真模型的建立
• 6.5 仿真结果及结论
• 7 总结与展望
• 7.1 影响系统性能的因素
• 7.2 可能的改进措施
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 参考文献