交流永磁同步电机伺服控制系统的研究

论文摘要

伺服电机自身是具有一定的非线性、强耦合性及时变性的系统,同时伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,加之系统运行时受到不同程度的干扰,因此按常规控制策略很难满足高性能伺服系统的控制要求。本文在永磁同步电机数学模型的基础上,分析了永磁同步电机矢量控制的原理和特点,选取了基于i d=0转子磁场定向的控制方案,确立了基于矢量控制三闭环调节的伺服控制系统的实施方案,设计了基于模糊PI控制的智能控制器,并设计了以DSP TMS320 F2812为核心的永磁同步电机伺服驱动控制器的硬件及部分软件设计框图。应用matlab/Simulink完成了伺服控制系统的建模和仿真。仿真结果证明,基于模糊PI控制的永磁同步电机伺服控制系统,改善了控制器的性能,能够完全满足高性能伺服控制系统的基本要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 交流伺服系统研究的科学意义社会应用前景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 交流伺服系统的发展
• 1.4 交流伺服控制系统的基本结构
• 1.5 交流伺服系统的性能指标
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 2 永磁同步电机的数学模型和控制方案
• 2.1 永磁同步电机的结构和分类
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.3 系统控制方案
• 2.3.1 矢量控制原理阐述
• 2.3.2 坐标变换公式
• 2.3.3 转子磁链定向矢量控制的原理
• d= 0 控制方式的实施'>2.3.4 i_d= 0 控制方式的实施
• 2.3.5 PMSM 解耦状态方程
• 2.4 本章小结
• 3 永滋同步电机伺服系统的设计
• 3.1 交流永磁同步电机伺服矢量控制系统的设计
• 3.2 伺服控制系统 PI 控制器的设计
• 3.2.1 电流调节器的设计
• 3.2.2 速度调节器的设计
• 3.2.3 位置调节器的设计
• 3.3 模糊自适应 PI 控制器的设计
• 3.3.1 模糊自适应 PI 控制器的结构
• 3.3.2 隶属度函数的确定
• 3.3.3 PI 参数自整定原则
• 3.3.4 模糊规则的建立
• 3.3.5 模糊量的精确化
• 3.4 SVPWM 调制
• 3.5 本章小结
• 4 系统硬件总体系统设计
• 4.1 系统硬件总结构框图
• 4.2 主电路单元
• 4.2.1 系统主电路的构成
• 4.2.2 功率逆变单元
• 4.2.3 保护电路
• 4.3 数字控制单元
• 4.3.1 DSP 处理器
• 4.3.2 DSP 的外围电路
• 4.4 DSP 的外围辅助电路
• 4.4.1 检测电路
• 4.4.2 键盘与显示电路
• 4.5 接口单元
• 4.6 辅助电源板
• 4.7 本章小结
• 5 系统的软件设计
• 5.1 DSP 系统资源的分配
• 5.1.1 存储器分配
• 5.1.2 中断
• 5.1.3 DSP 内部模块功能分配
• 5.2 程序主体结构
• 5.2.1 初始化程序
• 5.2.2 系统控制软件主程序
• 5.2.3 定时器中断程序
• 5.2.4 SVPWM 处理程序流程图
• 5.2.5 IGBT 过电流中断处理
• 5.3 本章小结
• 6 永磁同步电机伺服控制系统的仿真
• 6.1 MATLAB 简介
• 6.2 系统的仿真模型
• 6.2.1 控制系统仿真总框图模型
• 6.2.2 电流控制器仿真模块
• 6.2.3 速度控制器仿真模块
• 6.2.4 位置控制器仿真模块
• 6.2.5 SVPWM 模块
• 6.2.6 坐标变换模块
• 6.2.7 PMSM 模块
• 6.3 PMSM 控制系统仿真及仿真结果分析
• 6.3.1 系统仿真参数
• 6.3.2 仿真结果及结果分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 读硕士期间发表的学术论文