基于DSP的全数字交流永磁伺服系统的研究

论文摘要

交流永磁同步伺服系统在工业控制和家用电气等领域应用越来越广泛,已成为国内外研究的一个重要领域。以数字信号为基础的全数字永磁同步伺服系统,容易实现各种智能控制算法和高性能控制策略,已成为交流伺服系统的发展的趋势。本文的目的是研制一套基于DSP的全数字交流永磁同步伺服系统,为进一步的研究提供一个硬件和软件平台,并为实际工程应用提供一种低成本且具有足够功能的选择方案。本文首先介绍了永磁同步伺服系统发展概况,建立了交流永磁同步电机系统的数学模型,并在此基础上对转子磁链定向矢量控制、空间矢量PWM波形的产生、电流环、速度环、位置环等进行了Matlab/Simulink仿真研究,得到了相应的仿真波形,验证了本文所提方案的可行性与正确性,指导实际系统的实现和调试。基于理论和仿真分析的基础上,本文设计了以TI公司生产的DSP TMS320F2407A电机控制专用芯片为控制核心、以智能功率模块IPM IRAMS10UP60A为功率变换装置的全数字交流伺服系统。在设计的硬件平台上,采用模块化编程思想,使用汇编语言编写了全部的实时控制程序。最后,对系统进行调试,给出了主要实验波形,实验结果表明系统具有良好的动态和静态性能,验证了上述理论和仿真分析,为系统的深入研究和开发奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 永磁同步电机控制的发展历程及其发展方向
• 1.2.1 伺服系统的发展介绍
• 1.2.2 永磁同步伺服的分类与发展
• 1.2.3 永磁伺服系统发展趋势与展望
• 1.2.4 永磁同步伺服系统的控制策略
• 1.3 本文的研究的意义与主要内容
• 第二章 永磁同步电机的数学模型及其控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机的基本结构和种类
• 2.3 永磁同步电机的基本方程
• 2.4 永磁同步电机数学模型与坐标变换
• 2.5 永磁同步电机的矢量控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 永磁同步伺服电机的矢量控制及其建模仿真
• 3.1 引言
• 3.2 电压空间矢量SVPWM 的技术的基本原理
• 3.2.1 电压空间矢量的提出
• 3.2.2 空间电压的合成
• 3.2.3 电压空间矢量的合成
• 3.2.4 基本电压空间的作用时间
• 3.2.4.1 合成矢量所在扇区的计算
• 3.2.4.2 DSP 比较寄存器装载值的确定
• 3.3 永磁同步伺服系统的离散建模与仿真分析
• 3.3.1 Matlab/Simulink 简介
• 3.3.2 系统建模
• 3.3.3 系统各主要子模块简图
• 3.3.4 仿真波形分析
• 3.3.4.1 速度环的仿真
• 3.3.4.2 位置环的仿真
• 3.3.4.3 M 测速法的仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 永磁同步伺服系统的硬件电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 硬件电路设计
• 4.2.1 DSP 及其主要外围电路
• 4.2.1.1 电源电平转换芯片
• 4.2.1.2 RAM 扩展
• 4.2.2 IPM 主功率电路
• 4.2.3 主功率电路软启动
• 4.2.4 保护电路
• 4.2.5 电流采样电路
• 4.2.6 光电码盘信号处理
• 4.2.7 DA 转换电路
• 4.2.8 系统显示电路
• 4.2.9 TOPSwitch 多路辅助电源的设计
• 4.2.9.1 主要器件的选取
• 4.2.9.2 变压器的设计
• 4.2.9.3 设计的参数
• 4.2.9.4 变压器的选型
• 4.2.9.5 原边电感和气隙
• 4.2.9.6 计算原副边绕组匝数
• 4.3 改进硬件电路
• 4.3.1 采样电路的改进
• 4.3.2 CPLD 逻辑信号处理
• 4.3.3 光耦隔离驱动电路
• 4.3.4 DA 观测
• 4.4 本章小结
• 第五章 永磁同步电机伺服系统的软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件主要占用系统资源
• 5.3 程序整体结构
• 5.4 中断服务子程序
• 5.5 PID 数字调节
• 5.6 电流定标
• 5.7 电机的启动
• 5.8 测速子程序
• 5.9 Q 格式和正余弦的产生
• 5.10 CPLD 仿真
• 5.11 本章小结
• 第六章 实验结果及其分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验环境
• 6.3 动态特性实验
• 6.3.1 速度响应
• 6.3.2 加载卸载
• 6.4 静态特性实验
• 6.5 低速轻载干扰的影响分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文