基于dsPIC的交流伺服电机控制装置的设计与实现

论文摘要

近年来,随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。本文首先介绍了交流伺服系统的结构组成及其控制方式。针对永磁同步电机,研究60。坐标系下的空间矢量调制策略,该策略减小了运算过程的复杂性。除此之外,还将传统的两电平逆变器升级为三电平逆变器,传统的PI控制算法升级为滑模变结构控制算法。文中从硬件和软件两个方面展开工作：在硬件方面,采用Microchip公司生产的dsPIC30F4011芯片作为系统主控芯片,根据主控芯片的特点设计了模拟给定单元,正交编码器单元,电流反馈单元及其故障处理单元等外围电路。由控制电路输出脉宽调制信号控制三电平逆变器开关动作,从而实现对永磁同步电机的驱动。在软件方面,首先用Matlab/Simulink完成交流伺服系统的仿真,位置环和速度环采用滑模变结构控制算法,逆变器采用60。坐标系下的空间矢量调制策略。然后将交流伺服系统进行功能模块划分,理清各模块之间的关系,给出主程序和中断服务子程序流程图,以MPLAB为开发环境编写C代码并下载到主控芯片中。最后对系统的软硬件进行综合调试。实验结果表明,该控制装置性能稳定,运行可靠,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 从历史的角度看电机的发展
• 1.2.2 交流伺服在我国的发展
• 1.2.3 交流伺服在国外的发展
• 1.3 交流伺服系统的控制
• 1.3.1 交流伺服系统简介
• 1.3.2 交流伺服系统调制策略
• 1.3.3 交流伺服系统控制策略
• 1.4 论文主要内容及论文结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 永磁同步电机的数学模型
• 2.1 永磁同步电机的结构及特点
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 坐标变换原理
• 2.2.2 永磁同步电机在三相定子坐标系下的数学模型
• 2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 永磁同步电机的起动和初始定位
• 2.3.1 永磁同步电机的起动
• 2.3.2 永磁同步电机的初始定位
• 2.4 本章小结
• 第3章 控制装置调制策略的优化与仿真
• 3.1 三电平逆变器的拓扑结构
• 3.2 三电平逆变器的工作原理
• 3.3 三电平逆变器的数学模型
• 3.4 60°坐标系下SVPWM调制策略的仿真
• 3.4.1 传统的三电平逆变器SVPWM调制策略
• 3.4.2 60°坐标系下三电平逆变器SVPWM调制策略
• 3.4.3 三电平逆变系统的仿真研究
• 3.5 直流侧中点电位的平衡控制
• 3.6 本章小结
• 第4章 滑模控制器的设计与仿真
• 4.1 PI控制算法简介
• 4.2 滑模变结构控制理论的提出与发展
• 4.3 滑模变结构在交流伺服系统中的应用
• 4.4 滑模变结构控制系统的定义
• 4.5 滑模变结构控制的设计目标
• 4.5.1 滑模控制的存在性与可达性
• 4.5.2 滑模运动方程及其稳定性
• 4.6 趋近律滑模控制方法
• 4.7 交流伺服系统趋近律滑模控制器的设计
• 4.7.1 速度控制器设计
• 4.7.2 位置控制器设计
• 4.8 滑模控制系统仿真分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 系统软硬件设计与实现
• 5.1 控制单元的选型及应用
• 5.2 控制单元外围电路设计
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 系统初始化
• 5.3.2 PWM周期设定
• 5.3.3 电机转速计算
• 5.4 系统开发环境
• 5.4.1 MPLAB IDE简介
• 5.4.2 MPLAB ICD 2简介
• 5.4.3 系统设计步骤
• 5.5 系统调试
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢