永磁同步电机交流伺服系统研究

论文摘要

随着现代电力电子技术、微处理器技术、控制理论及永磁材料等支撑技术的快速发展,以永磁同步电机作为控制对象的永磁交流伺服系统得到了越来越广泛的关注,尤其随着数字信号处理器(DSP)的广泛应用,使得各种先进的控制算法得以实现,于是数字化、智能化的永磁交流伺服系统成为必然的发展趋势和当前的研究热点。本文的主要工作就是围绕数字化的永磁同步电机交流伺服系统矢量控制研究来展开,主要内容如下:深入研究了永磁同步电机的结构特点,根据坐标系的变换关系,建立了永磁同步电机的数学模型;然后研究了永磁同步电机交流伺服系统矢量控制理论,确定了id = 0的矢量控制方案。给出了电流调节器和速度调节器的工程设计方法,建立了基于矢量解耦控制和电压空间矢量脉宽调制技术的永磁同步电机MATLAB仿真模型,并对id =0矢量控制策略进行仿真验证。然后基于矢量控制典型的电流、速度和位置三闭环结构,设计、制作并调试成功了基于Freescale公司应用于电机控制领域的DSP芯片MC56F8346和智能功率模块(IPM)的永磁同步电机数字伺服系统硬件平台。最后采用C语言实现了永磁同步电机交流伺服系统矢量控制软件设计,给出了软件设计流程,并在设计的数字伺服系统硬件平台上完成实验调试,由此得到的实验结果有力的证明了系统设计的可行性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 伺服系统介绍
• 1.2.1 伺服系统发展历程
• 1.2.2 伺服系统分类
• 1.2.3 伺服系统基本要求
• 1.3 伺服系统相关领域的发展状况
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 永磁同步电机的数学模型及其矢量控制
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机数学模型
• 2.3 PMSM 矢量控制策略
• 2.4 本章小结
• 第三章 永磁交流伺服系统矢量控制设计和仿真
• 3.1 引言
• 3.2 永磁交流伺服系统电流环设计
• 3.3 永磁交流伺服系统速度环设计
• 3.4 空间矢量脉宽调制技术
• 3.5 仿真模型和仿真结果
• 3.5.1 仿真模型
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 永磁交流伺服系统硬件平台设计
• 4.1 引言
• 4.2 DSP 控制电路
• 4.2.1 DSP 芯片概述
• 4.2.2 Freescale DSP 与TI DSP 功能比较
• 4.2.3 核心供电电源
• 4.2.4 异步通讯接口（SCI）
• 4.2.5 D/A 转换电路
• 4.2.6 用户接口电路
• 4.3 功率电路设计
• 4.3.1 逆变器电路
• 4.3.2 开机时电容充电限流电路
• 4.3.3 电流检测电路
• 4.3.4 位置和速度检测电路
• 4.3.5 保护电路
• 4.3.6 辅助电源
• 4.4 本章小结
• 第五章 永磁交流伺服系统软件设计
• 5.1 软件控制主程序
• 5.1.1 Codewarrior 开发环境介绍
• 5.1.2 DSP 初始化
• 5.1.3 转子位置初始化
• 5.2 PWM 重加载中断服务程序
• 5.2.1 数据定标
• 5.2.2 速度计算
• 5.2.3 数字PI 调节器的实现
• 5.2.4 电流采样和坐标变换
• 5.3 上位机控制程序
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果及其分析
• 6.1 电流环实验
• 6.2 速度环实验
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文