基于DSP的永磁同步电机控制系统的研究

论文摘要

随着新型电力电子器件、数字信号处理器以及现代控制理论的发展,现代调速控制技术也得到了强劲的发展。由于永磁同步电机(PMSM)具有质量轻、尺寸小、高性能和高效节能等优点,在现实生活中得到了广泛的应用,因此永磁同步电机控制系统的研究具有重要的实际意义。本文首先介绍了永磁同步电机发展概况、特点及在现实中的应用等,随后又对两种常用的调速技术正弦脉宽调制(SPWM)技术和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术分别进行了研究分析。其次,对基于两种控制算法SPWM和SVPWM的永磁同步电机控制系统在Matlab7.1/Simulink环境下分别进行了仿真研究。研究分析了两种控制系统仿真模型在转矩、转速突变等外界干扰情况下各参数响应曲线,并对两种仿真模型各参数响应进行了对比,通过比较可知SVPWM控制系统的诸多性能优于SPWM控制系统。但SPWM控制系统具有在软、硬件上易于实现等优点,适合对电机转动性能要求不高的场合。因此,本文控制系统采用了SPWM控制算法。本文完成了实验系统的软、硬件的设计。硬件设计方面,选择了基于数字信号处理器(DSP)技术平台,控制电路采用了MC56F8013EVM开发板,硬件的设计主要集中在驱动逆变电路上,完成了驱动电路、逆变主电路、隔离电路、保护电路等电路的设计。驱动芯片采用了IR公司的IR2130芯片,以IR2130为核心的电路构成了三相桥式逆变电路；由于芯片IR2130具有过流保护、欠压保护、过压保护等,并能反馈故障信号给DSP芯片,提高了系统的可靠性,且大大降低了电路的复杂度。软件开发平台采用Metrowerk公司的CodeWarrior集成开发环境,结合在DSPMC56F8013产生SPWM波的方法,在该开发环境中通过C语言编程实现了SPWM算法,并结合硬件平台进行了测量调试工作,完成了对永磁同步电机的闭环控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 永磁同步电机的发展状况及应用前景
• 1.1.1 永磁同步电动机的发展概况
• 1.1.2 永磁同步电动机的特点与应用
• 1.2 永磁同步电机调速技术的发展概况
• 1.3 电力电子器件的发展及现状
• 1.4 论文研究的主要内容及章节安排
• 2 永磁同步电机变频调速原理
• 2.1 永磁同步电机的结构与数学模型
• 2.1.1 永磁同步电机的结构
• 2.1.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术
• 2.3 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术
• 2.4 本章小结
• 3 永磁同步电机控制系统的仿真
• 3.1 仿真工具
• 3.2 正弦波脉宽调制（SPWM）控制系统仿真研究
• 3.2.1 SPWM控制系统模型的建立
• 3.2.2 仿真结果分析
• 3.3 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制系统仿真研究
• 3.3.1 SVPWM控制系统仿真模型的建立
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 永磁同步电机控制系统的硬件设计
• 4.1 系统的总体设计
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 芯片MC56F8013介绍
• 4.2.2 脉宽调制模块PWM
• 4.2.3 定时器模块
• 4.2.4 数模转化器
• 4.2.5 通用输入输出模块
• 4.3 整流滤波电路
• 4.4 驱动电路的设计
• 4.4.1 驱动电路
• 4.4.2 隔离电路
• 4.4.3 电压转换电路
• 4.5 调理电路
• 4.6 本章小结
• 5 SPWM变频调速系统的软件设计
• 5.1 CodeWarrior集成开发环境介绍
• 5.2 SPWM波的产生原理
• 5.3 主程序设计
• 5.4 中断程序模块
• 5.4.1 PWM重载中断
• 5.4.2 定时器中断
• 5.4.3 外部中断
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献