PMSM位置伺服系统的分析设计及其应用研究

论文题目: PMSM位置伺服系统的分析设计及其应用研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 陈先锋

导师: 舒志兵,赵英凯

关键词: 位置伺服系统,变结构控制,仿真分析,三维磁场与磁力

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 永磁同步电动机(PMSM)位置伺服系统在数控机床、工业机器人等高精度、高性能场合的应用越来越广泛。由于PMSM具有独特的优势以及位置伺服系统良好的动、静态控制性能，本文从控制理论和实际应用的角度出发分析PMSM的矢量控制及PMSM位置伺服系统的设计，并研究其在空间三维磁场与磁力测试技术中的实际应用。 首先，对PMSM的数学模型、等效电路及其矢量控制进行深入分析，并给出了PMSM的i_d=0矢量控制方式的实现方法以及PWM电流控制方案。在i_d=0矢量控制方式和PWM电流滞环控制方案的基础上对PMSM位置伺服系统进行仿真分析。深入分析基于矢量控制控制的PMSM位置伺服系统电流滞环控制方案，为了实现高性能的位置伺服电流环控制，对比了常规电流滞环控制和三角波载波比较方式的PWM电流滞环控制。通过仿真分析得出采用常规电流滞环控制对系统的整体性能影响比较大，而采用三角波载波比较方式的电流滞环控制容易获得良好的控制效果。 文中基于PMSM的解耦状态方程对位置伺服系统的三个环节进行设计分析，把变结构控制方法用于对速度环和位置环调节器的设计中，利用串级变结构控制方案使得系统具有良好的快速性、定位无超调，提高了系统的稳态精度和鲁棒性。通过仿真分析可以得出采用三角波载波比较方式的电流滞环控制及速度环、位置环的串级变结构控制能够改善系统的响应速度、基本实现无超调、对负载扰动和参数变化的鲁棒性也有所改善。 本文基于所设计的PMSM位置伺服系统，采用运动控制板卡作为PMSM位置伺服系统的上位控制器，构成“PC-BASED”型运动控制系统，把数据采集技术综合到该系统中，实现空间三维磁场与磁力的测试，并研制出一套测试装置。 论文中分析了该装置的位置伺服系统和数据采集构件的硬件设计，对空间三维磁场与磁力信号测试的组件作了细致的分析。基于运动控制板卡和数据采集卡提供的库函数，开发出适合于该测试装置的应用软件。该软件具有运动控制功能和数据的自动采集和存储功能。该测试装置X、Y、Z三轴定位精度分别为0.04442mm、0.04542mm、0.04089mm；空间三维磁场测试精度为精度100μ特斯

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 现代伺服控制策略的现状与发展

1.2 伺服驱动技术研究进展

1.3 现代伺服控制系统在国内外的发展动态

1.4 课题背景

1.5 本人的研究工作

第2章 PMSM数学模型及其矢量控制

2.1 PMSM的基本结构及种类

2.2 PMSM的数学模型

2.3 PMSM的等效电路

2.4 PMSM的矢量控制原理

2.5 PMSM的i_d=0矢量控制方式

2.6 PWM逆变器的两种电流控制方案

2.6.1 电流滞环比较控制

2.6.2 三角波载波比较跟踪控制

2.7 在MATLAB下仿真实现

2.8 本章小结

第3章 PMSM位置伺服系统设计及串级变结构控制

3.1 PMSM解耦状态方程

3.2 PMSM位置伺服系统电流环设计

3.2.1 影响电流环性能的主要因素分析

3.2.2 PMSM位置伺服系统电流环综合设计

3.3 PMSM位置伺服系统速度环PI设计

3.4 变结构控制基本原理的应用剖析

3.4.1 变结构基本原理

3.4.2 变结构控制在位置伺服系统中的应用剖析

3.5 速度环调节器的变结构设计

3.6 位置环调节器的变结构设计

3.7 仿真分析

3.8 本章小结

第4章 PMSM位置伺服系统的应用研究

4.1 主要硬件及结构设计

4.1.1 DEC4T运动控制卡

4.1.2 PMSM及其驱动器

4.1.3 信号采集组件

4.2 测试部分机械结构设计

4.3 位置伺服控制实现

4.3.1 位置伺服控制组合与接线

4.3.2 位置伺服系统调整

4.4 测试装置的伺服性能和技术参数

4.4.1 定位精度

4.4.2 位置伺服控制调节特性

4.4.3 信号测试技术指标

4.5 本章小结

第5章 PMSM位置伺服系统的软件设计

5.1 软件设计原理及结构

5.1.1 MTASC运动控制语言

5.1.2 数据采集驱动

5.1.3 硬件配置及驱动程序安装

5.2 应用软件各窗体的功能实现

5.2.1 运动控制功能实现的重要文档

5.2.2 数据采集被调用的函数

5.2.3 功能实现的主要窗体

5.3 应用软件主要模块的介绍

5.3.1 Global模块主要函数说明

5.3.2 MtView模块主要函数说明

5.4 本章小结

第6章 测试实验结果

6.1 空间三维磁场与磁力测试结果

6.2 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研项目参与情况

发表/录用的学术论文

参与的科研项目

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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