永磁同步电机交流伺服系统开发平台的研制

论文摘要

永磁同步电机交流伺服系统是由永磁同步电机、现代电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流伺服系统,因其良好的运行性能成为当代运动控制的热点课题。本文针对永磁同步电机的特点,对其伺服驱动系统开发平台进行了研究。论文首先分析了PMSM的结构、运动原理及数学模型,系统的阐述了矢量控制坐标变换方法及直接转矩控制方法,针对直接转矩控制存在的问题,提出了一种新的直接转矩控制算法,将转矩误差直接映射为电压源逆变器三相电子开关的导通时间,可以实现任意电压空间矢量输出,有效地提高了转矩控制精度,减小转矩纹波。其次,探讨了转矩PI控制算法,设计了一个仿真模型,在MATLAB仿真环境下对上述控制算法进行了仿真。结果表明,本文所提出的直接转矩控制算法具有控制方式简单、转矩响应快、转矩脉动小、便于实现全数字化等优点。再次,基于对TMS320LF2407芯片性能特点的分析,采用该DSP芯片设计了PMSM交流伺服系统的硬件平台,对其中的主要功能部件进行了分析论述。最后,开发了伺服驱动器底层主要软件模块,编写了PWM、QEP、ADC等主要硬件接口模块以及速度计算函数,以库函数的形式对硬件平台进行包装,为后续伺服系统的开发提供了有力的软件支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及目的意义
• 1.2 伺服系统的研究现状和发展概况
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 交流永磁同步电机转矩控制算法研究
• 2.1 永磁同步电机的结构特点
• 2.2 永磁伺服电动机数学模型
• 2.3 永磁同步电机低脉动直接转矩控制算法建模
• 2.4 本章小结
• 3 转矩控制器设计与仿真实验
• 3.1 PI转矩调节器设计
• 3.2 转矩估计器设计
• 3.3 直接转矩控制算法仿真实验
• 3.4 本章小结
• 4 交流伺服系统开发平台硬件设计
• 4.1 TMS320LF2407介绍
• 4.2 系统结构及硬件组成
• 4.3 本章小结
• 5 软件功能描述及接口模块设计
• 5.1 程序结构概述
• 5.2 数据格式
• 5.3 速度计算
• 5.4 数字PI算法
• 5.5 PWM波形的产生
• 5.6 定时器中断子程序设计
• 5.7 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 主要参考文献