基于DSP的交流同步直线电机伺服控制系统

论文摘要

近十年来,随着高速加工技术、精密制造技术和数控技术等先进制造技术的发展,高速、高效、高精成为当前数控设备的发展方向,对设备各功能部件的性能也提出了更高的要求,要求进给驱动部件具有快的进给速度、高的定位精度以及高的动态响应性能。永磁同步直线电机（PMSLM-Permanent MagnetSynchronous Linear Motor）直接驱动系统作为一种新的进给传动方式出现在数控机床和数控加中心中,具有一定的代表性。以微控制器DSP（Digital SignalProcessor）为核心构成的位置闭环控制系统代表着当今电机精密位置数字控制的主流方向。选择合适的直线电机及驱动控制系统,配以合理的机床设计,完全可以生产出高性能、高可靠性的机床。因此,对其伺服控制理论及方法进行研究,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。在对永磁同步直线电机的结构和工作原理进行分析的基础上,本文从电压方程、机械运动方程和机电耦合方程诸方面进行分析,建立其数学模型。针对直线电机位置伺服控制系统要求有较好的位置跟踪性能这一特点,将传统的PID控制和智能控制相结合,设计了基于模糊推理的自校正PID控制器,用仿真软件MATLAB进行系统仿真并分析结果。在对直线电机伺服控制系统的总体结构进行分析和研究的基础上,设计了基于DSP（TMS320LF2407A）的全数字位置伺服控制系统,在DSP的集成开发环境中,利用C语言开发相应的伺服控制软件。在所建立的基于DSP开发系统的实验研究平台上,利用直线电机自带的光栅尺,对直线电机的动态性能进行实验研究。实验结果表明以DSP为核心构成的全数字控制系统及模糊推理的自校正PID控的控制方法对永磁同步直线电机动子的速度调节快,动子定位精度高。从试验上验证了这种控制系统对直线电机控制的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 课题研究的发展概况
• 1.2.1 直线电机概况
• 1.2.2 伺服控制系统概况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 交流同步直线电机基本原理及数学模型
• 2.1 交流同步直线电机的基本结构
• 2.2 同步直线电机的基本工作原理
• 2.3 交流同步直线电机的数学模型
• 2.3.1 矢量控制的坐标变换
• 2.3.2 交流同步直线电机的d-q轴电压方程
• 2.3.3 交流同步直线电机的磁链方程
• 2.3.4 交流同步直线电机的输出功率及电磁推力
• 2.3.5 交流同步直线电机的运动方程
• 2.4 交流永磁同步直线电机控制系统分析
• 2.4.1 系统矢量控制策略的拟定
• 2.4.2 闭环位置伺服系统的控制策略
• 2.5 本章小结
• 第3章 直线电机控制系统中相关控制算法
• 3.1 数字PID控制算法
• 3.1.1 数字PID调节器的实现
• 3.1.2 数字PID调节器参数对控制性能的影响及参数整定
• 3.2 基于模糊推理的自校正PID控制器及其设计
• 3.2.1 基于模糊推理的自校正PID控制器的结构
• 3.2.2 模糊控制器的设计
• 3.3 模糊PID控制的编辑与仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于DSP的全数字伺服控制系统的构成
• 4.1 DSP（TMS320LF2407A）芯片的特点和功能分析
• 4.2 交流同步直线电机伺服控制系统硬件结构
• 4.2.1 系统整体构成
• 4.2.2 上位机（工控机）功能模块
• 4.2.3 下位机（DSP控制板）功能模块
• 4.2.4 动子位置检测模块
• 4.2.5 动子三相电流检测模块
• 4.2.6 功率驱动电路
• 4.3 伺服控制软件的设计
• 4.3.1 上位机软件
• 4.3.2 下位机软件
• 4.3.3 模糊PID控制器的设计
• 4.3.4 数字滤波模块的设计
• 4.3.5 PWM（脉宽调制）控制技术
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统调试及实验结果
• 5.1 实验装置组成
• 5.2 基于DSP的实验开发系统（研究平台）
• 5.3 系统调试与实验
• 5.3.1 系统调试
• 5.3.2 实验
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文