永磁同步电机的通用交流伺服系统设计

论文摘要

伺服系统是电机制造技术、检测技术、电力电子技术、微处理器技术和现代控制技术相结合的产物。本文以当前最先进的数字信号处理器芯片TMS320F2812为核心控制单元,尝试设计一永磁同步电机伺服系统,并对其中的一些关键环节进行了理论研究和实践探索。首先,本文结合文献资料,全面阐述和总结了当前交流电机伺服系统涉及的关键技术和发展现状,进而对交流永磁同步伺服系统的控制技术进行了简要的介绍,提出了本文的研究内容和工作安排。其次,总结了永磁同步电机的工作和控制原理,阐述了矢量控制原理,针对普通控制方法调速范围不宽的特点,提出了基于最小端电压比的弱磁控制方法:并结合空间矢量脉宽调制,提出了永磁同步伺服系统的控制方案。再次,采用TMS320F2812作为核心控制器来尝试设计开发一个基于DSP的电机伺服平台,采用SVPWM空间矢量脉宽调制技术实现磁场定向矢量控制。其中主电路是一个典型的两点式三相交一直一交电压源型逆变电路,采用智能功率模块(IPM)作为逆变器。并同时对控制系统的硬件和软件部分的设计进行了研究。同时还对系统的电磁干扰和电磁兼容做了研究和分析。最后,对上述系统进行了试验分析,进一步验证和深化了上述所取得的一些理论结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 交流伺服技术的发展
• 1.2.1 微处理器技术
• 1.2.2 电机技术
• 1.2.3 传感器技术
• 1.2.4 电力电子技术
• 1.3 永磁同步电机伺服控制技术的发展
• 1.3.1 永磁同步电机伺服控制策略
• 1.3.2 永磁同步电机无传感器控制技术
• 1.4 论文的研究内容及工作安排
• 1.4.1 论文的研究内容
• 1.4.2 论文的工作安排
• 第2章 矢量控制的原理和永磁同步电机的模型
• 2.1 前言
• 2.2 矢量控制中的坐标变换
• 2.2.1 Clark 及其逆变换
• 2.2.2 Park 及其逆变换
• 2.3 交流永磁同步电机
• 2.3.1 交流永磁同步电机的结构与特点
• 2.3.2 交流永磁同步电机的数学模型
• 2.4 永磁同步电机的矢量控制
• d =0 控制'>2.4.1 i_d =0 控制
• 2.4.2 弱磁控制
• 2.5 空间矢量脉宽的调制的实现
• 2.5.1 电压空间矢量
• 2.5.2 合成参考电压
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于 DSP 的伺服系统的硬件电路设计
• 3.1 前言
• 3.2 系统主回路
• 3.2.1 整流电路
• 3.2.2 滤波电路
• 3.2.3 电源指示
• 3.2.4 逆变电路
• 3.2.5 以IPM 为功率器件的驱动电路
• 3.2.6 吸收电路
• 3.3 系统保护电路的设计
• 3.3.1 过压、欠压保护电路
• 3.3.2 限流启动电路
• 3.3.3 IPM 故障保护电路
• 3.3.4 泵升控制电路
• 3.4 系统控制回路
• 3.4.1 DSP 控制单元
• 3.4.2 DSP 与上位机接口电路
• 3.4.3 仿真接口电路
• 3.5 系统采样电路
• 3.5.1 位置检测
• 3.5.2 电流采样电路
• 3.6 系统的电磁干扰与电磁兼容
• 3.6.1 系统常见电磁干扰
• 3.6.2 抑制电磁干扰的有效措施
• 3.6.3 系统的电磁兼容实验
• 3.7 本章小结
• 第4章 伺服系统控制策略及软件设计
• 4.1 前言
• 4.2 控制策略及调节器设计
• 4.2.1 伺服系统闭环控制
• 4.2.2 数字PI 调节器
• 4.3 DSP 控制系统软件设计
• 4.3.1 软件设计的主要任务
• 4.3.2 主程序设计
• 4.3.3 下溢中断子程序
• 4.3.4 外部中断处理程序
• 4.3.5 串行中断处理程序
• 4.4 定点DSP 的数据格式处理
• 4.5 本章小结
• 第5章 试验结果及分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 系统实物图
• 致谢