基于DSP和滑模观测器的PMSM控制系统研究

论文摘要

在过去大多数控制系统中,需要在电机的转轴上安装位置传感器来获得转子的位置和速度信息,由于这些机械传感器的存在,增大了电机的体积,降低了系统的可靠性,增加了系统的成本,因此,无传感器控制技术越来越受到学者的关注。无传感器控制是指通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量,通过特定的算法去估算转子位置,得到永磁同步电机转子的位置和速度信息。滑模变结构控制作为一种特殊的非线性控制策略,具有响应快、鲁棒性好、设计方便等特点。因此,本文将滑模变结构引入到永磁同步电机的控制系统中,研究并实现了永磁同步电机驱动系统的无传感器矢量控制。论文首先比较了无传感器的永磁同步电机转子位置检测的几种方法,从中选取了一种鲁棒性好,控制算法简单,易于工程实现的基于滑模观测器的转子位置估计方法。其次,对滑模变结构原理作了深入的研究,提出了滑模变结构控制器的设计步骤,深入分析了滑模变结构控制引起“抖振”的原因,阐述了若干种削弱抖振的主要方法。再次,在分析了永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上,提出了一种基于滑模观测器的转子位置估计法。使用Matlab/Simulink搭建了各模块仿真模型,再根据空间矢量脉宽调制的工作原理,搭建了系统的整个仿真模型。仿真结果表明,该控制方法是可行的,具有很好的鲁棒性。最后,对基于数字信号处理器(TMS320LF2407)的控制系统的软件和硬件设计作了探讨。在硬件方面,完成了定子电流检测电路、母线电压检测电路、隔离驱动电路、保护电路等电路设计；软件方面先介绍了集成开发环境,再就是各模块有关算法和流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 PMSM的无传感器控制技术概述
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 常用的PMSM无传感器位置估计法
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 滑模变结构控制策略
• 2.1 滑模变结构控制原理
• 2.1.1 变结构控制
• 2.1.2 滑模变结构控制的基本概念
• 2.1.3 滑模变结构控制特性
• 2.2 滑模变结构控制器的设计
• 2.3 滑模变结构控制的若干问题
• 2.3.1 抖振产生的原因
• 2.3.2 抖振的削弱
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于滑膜观测器的PMSM矢量控制系统设计
• 3.1 PMSM概述
• 3.1.1 PMSM分类
• 3.1.2 PMSM数学模型
• 3.1.3 PMSM电流控制
• 3.2 基于滑模观测器的PMSM无传感器控制
• 3.2.1 基于滑模观测器的PMSM转子位置估计法
• 3.2.2 基于滑模观测器的PMSM矢量控制方案
• 3.3 基于滑模观测器的PMSM矢量控制系统仿真
• 3.3.1 系统仿真模型
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 无传感器PMSM驱动控制系统的DSP实现
• 4.1 系统的硬件设计
• 4.1.1 DSP TMS320LF2407芯片介绍
• 4.1.2 主回路与隔离驱动电路设计
• 4.1.3 电流检测电路
• 4.1.4 母线电压检测
• 4.1.5 电平转换电路
• 4.1.6 保护电路
• 4.2 系统的软件设计
• 4.2.1 软件的开发环境
• 4.2.2 软件的设计流程
• 4.2.3 PWM周期选择
• 4.2.4 小数的定标
• 4.2.5 数字PI调节器
• 4.2.6 滑模观测器估算模块的DSP实现
• 4.2.7 SVPWM算法的DSP实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢