基于DSP的垂直运动PMLSM驱动技术软件设计

论文摘要

近年来随着永磁材料、电子技术、微电子技术的迅速发展,永磁直线同步电机作为一种新型电机得到了迅速发展。永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统是一种新型的无绳提升系统,它主要应用在高层建筑电梯和矿井提升系统两个方面。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。较之传统旋转电动机驱动的直线运动,永磁直线同步电机省略了机械转换机构,完全消除了机械传动元件的速度和加速度的物理极限,具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征。永磁直线同步电机(PMLSM)与普通的直线异步电机相比,具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点。但面临重大的理论和技术问题的挑战,由于边端效应、齿槽效应以及分段式结构引起的电磁推力波动等问题导致了电机控制精度不高,速度不平稳以及转矩脉动。如果理论和技术上的许多问题得到解决,垂直提升模式将会实现重大的突破,对其进行研究具有一定的理论和社会价值。永磁直线同步电机有着其它电机无法比拟的优点。本课题在师兄师姐开环的基础上做了如下研究。首先对其模型、程序以及实验调试进行了完善与改进,而后针对开环无法实现实时监测与控制的问题采用了电流和速度双闭环控制,搭建了仿真模,设计了闭环程序且进行了实验调试。本文应用SVPWM矢量控制,针对永磁直线同步电动机在运行过程中控制精度不高、速度不平稳及转矩脉动问题采用了电流和速度闭环控制结构并进行了以下分析和研究:(1)对永磁同步直线电机控制精度不高、速度不平稳及转矩脉动等问题进行了深入研究。考虑了PMLSM工作原理以及非线性、强耦合的特点,利用矢量变换进行了电机模型的解耦,建立了永磁同步电机的速度环和电流环双闭环控制的数学模型。(2)在MATLAB仿真工具箱的SIMULINK环境下,结合速度、电流双闭环控制结构和SVPWM空间矢量脉宽调制方法,对PMLSM按转子磁链定向控制的闭环系统进行了建模与仿真实验。(3)改进了开环程序并进行了实验调试,调试结果达到了预期的效果。(4)编写了闭环程序实现对永磁同步直线电机的驱动并进行了闭环实验调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 解决的问题
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 垂直运动永磁直线同步电机
• 2.1 概述
• 2.2 直线电机简介
• 2.2.1 直线电机发展及特点
• 2.2.2 直线电机的工作原理
• 2.3 永磁同步直线电机概述
• 2.3.1 永磁同步直线电机简介
• 2.3.2 永磁同步直线电机的基本结构与工作原理
• 2.3.3 永磁同步直线电机的应用
• 2.4 垂直运动永磁直线同步电机提升系统
• 2.4.1 垂直运动永磁直线同步电机的基本结构
• 2.4.2 垂直运动永磁直线同步电机的基本工作原理
• 2.4.3 垂直运动永磁直线同步电动机的供电方式
• 2.4.4 垂直运动永磁直线同步电动机的特点
• 2.5 本章小结
• 第三章 垂直运动永磁同步直线电机的矢量控制及其SVPWM
• 3.1 概述
• 3.2 垂直运动永磁直线同步电机矢量控制技术
• 3.2.1 电机矢量控制坐标变换理论
• 3.2.2 垂直运动永磁直线同步电机矢量控制的数学模型
• 3.3 SVPWM 控制技术
• 3.3.1 PWM 概述
• 3.3.2 SVPWM 与磁链矢量的关系
• 3.3.3 通过SVPWM 获得圆形旋转磁链
• 3.3.4 SVPWM 的特点
• 3.4 电机控制策略
• 3.5 本章小结
• 第四章 垂直运动永磁直线同步电机控制系统的硬件设计
• 4.1 概述
• 4.2 系统硬件电路的设计
• 4.2.1 主电路
• 4.2.2 控制电路
• 4.2.3 键盘以及显示电路
• 4.2.4 保护电路
• 4.3 光栅尺在永磁直线同步电机测速测位移中的应用
• 4.3.1 光栅尺传感器简介
• 4.3.2 位置检测方案的选择
• 4.3.3 光栅直线同步电机初始位置的检测
• 4.3.4 光栅尺与DSP 结合在永磁直线同步电机测速中的应用
• 4.4 实验平台的抗干扰
• 4.4.1 干扰来源
• 4.4.2 抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第五章 垂直运动永磁直线同步电机控制系统的程序设计
• 5.1 概述
• 5.2 系统程序设计
• 5.2.1 TM5320LF2407ADSP 芯片芯片的特点
• 5.2.2 DSP 芯片软件编程需处理的几个问题
• 5.3 程序流程图
• 5.3.1 开环程序
• 5.3.2 闭环程序
• 5.4 本章小结
• 第六章 永磁直线同步电机控制系统仿真及其实验结果
• 6.1 概述
• 6.2 Matlab/Simulink 仿真软件的特点
• 6.2.1 开环系统的仿真及实验
• 6.2.2 闭环系统的仿真及实验
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结和展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录