基于IRMCK201的2kW伺服系统与灰色PID控制算法的实现

论文摘要

随着现代化工业的不断发展，交流伺服系统在许多系统中的应用日益广泛，对其性能的要求也越来越高。由于永磁同步电机伺服控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度伺服与位置伺服控制，因此永磁同步电机伺服控制系统的研究已成为数控机床伺服系统研究的重点之一。本文围绕数字化永磁同步电机伺服控制器展开研究，全文主要分为五个部分，主要内容如下：一、在永磁同步电机的数学模型分析的基础上阐述了基于IRMCK201的交流伺服系统的矢量控制原理。二、在系统的硬件实现方面，使用TMS320LF2407DSP数字信号处理芯片，并辅以IR．公司的专用交流伺服控制芯片IRMCK201和智能功率IPM模块组成交流伺服系统。详细地设计了基于IRMCK201的永磁同步电机伺服系统的主电路、控制电路、检测电路、保护电路以及辅助电源。在硬件设计的基础上，进行了软件设计。设计中给出了系统的主程序、中断服务子程序以及DSP与IRMCK201的通讯程序的流程图。三、对永磁同步电机位置伺服系统的调节器进行了设计，电流环、速度环采用PI控制；位置环采用灰色PID控制策略。详细论述了灰色理论和灰色PID控制策略。并出了电流调节、速度调节以及灰色PID位置调节的实现方法。四、对灰色PID控制算法进行了仿真。运用Matlab M文件编写了灰色PID控制算法的仿真程序，并给出了仿真波型。本文对永磁同步电机位置伺服系统进行了理论和仿真研究，并提出了对伺服系统进行灰色PID控制的策略，提出了一套实用的交流伺服系统设计方案。这些对今后的进一步研究具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 交流伺服系统的发展现状及发展趋势
• 1.1.1 伺服技术的发展历史
• 1.1.2 国内外发展现状
• 1.1.3 交流伺服系统的发展趋势
• 1.2 交流伺服系统控制策略综述
• 1.3 本课题的目的和意义
• 1.4 本课题的主要内容
• 2 基于 IRMCK201的伺服系统结构及其矢量控制
• 2.1 交流永磁同步电机的数学模型分析
• 2.2 永磁同步伺服系统的矢量控制策略
• 2.2.1 矢量控制原理
• 2.2.2 永磁伺服系统矢量控制策略分析
• 2.2.3 解耦控制分析
• 3 基于IRMCK201的2kW伺服系统硬件电路实现
• 3.1 2kW伺服系统主电路设计
• 3.1.1 整流及滤波电路
• 3.1.2 逆变电路
• 3.2 基于 IRMCK201的伺服系统控制电路设计
• 3.2.1 IRMCK201
• 3.2.2 TMS320LF2407
• 3.2.3 TMS320LF2407与 IRMCK201的接口设计
• 3.3 电流、速度、位置检测电路设计
• 3.3.1 电流检测
• 3.3.2 速度及位置检测
• 3.4 保护电路
• 3.4.1 限流起动电路
• 3.4.2 过流保护电路
• 3.4.3 过压保护电路
• 3.5 辅助电源的设计
• 3.6 系统的软件设计
• 3.6.1 DSP系统主程序及中断服务程序
• 3.6.2 DSP与IRMCK201通信的软件设计
• 4 2kW伺服系统数学模型与灰色PID控制算法
• 4.1 电流环的数学模型
• 4.2 速度环的数学模型
• 4.3 灰色理论
• 4.3.1 灰色系统的基本概念
• 4.3.2 灰色控制理论与PID控制的结合
• 4.4 灰色 PID控制理论
• 4.5 基于IRMCK201的2kW伺服系统调节器和灰色PID控制的实现
• 4.5.1 电流调节器的实现
• 4.5.2 速度调节器的实现
• 4.5.3 灰色 PID控制的实现
• 5 2kW伺服系统的仿真研究
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A 硬件图
• 在学研究成果
• 致谢