针织机用永磁同步电机驱动器的设计

论文摘要

永磁同步电机相对于其它电机而言有着优异的控制性能,已广泛应用于社会生活的方方面面,特别是高精度伺服系统更显其优越性。而且由于我国在永磁体稀土方面的资源极为丰富,这就使得我们研究永磁同步电机的控制十分重要。 本论文根据针织机这个实际系统,设计了一种基于单片机的永磁同步电机驱动器。通过大量的资料和文献阅读,在对永磁同步电机及其相关技术的发展和现状作了一个比较全面而深刻的分析研究的基础上,建立了永磁同步电机的数学模型,分析了各种控制策略的特点,提出了一种控制最简单的矢量控制策略,即 Id=0 的控制方案。根据本伺服系统对快速性、高精度以及高稳定性等方面的性能要求,系统采用了位置、速度、电流三闭环的控制结构。位置控制环为最外环,为了兼顾位置伺服控制的快速性,设计了一个比例调节器;速度和电流控制环都采用 PI 调节器,以使系统有很好的稳定性和反应快速性。位置和速度的检测采用高精度的旋转变压器和电机同轴相连,电流的检测采用霍尔电流传感器,具有很高的检测精度。 根据所提出的控制策略和总体控制方案,我们设计了系统的硬件和软件,并且按照驱动器系统的要求,通过各种实验测试了永磁同步电机控制系统硬件和软件,实验数据表明,所设计的驱动器基本达到了要求。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 永磁同步电机发展概况
• 1.3 各类针织机用电机与控制的比较
• 1.4 针织机用永磁同步电动机控制技术的发展现状
• 1.4.1 逆变器及调制技术发展现状
• 1.4.2 速度检测技术发展现状
• 1.4.3 PID 参数自整定发展现状
• 1.4.4 无位置传感器控制技术发展现状
• 1.4.5 矢量控制控制技术发展现状
• 1.5 课题的来源
• 1.6 本论文主要内容
• 2. 永磁同步电机及总体控制策略
• 2.1 永磁同步电机的基本结构和工作原理
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.3 永磁同步电机矢量控制策略
• 2.4 永磁同步电机的总体控制方案
• 2.4.1 三闭环控制设计的思想
• 2.4.2 位置、速度检测方案
• 2.4.3 电流检测方案
• 3 系统硬件设计
• 3.1 控制系统总体概述
• 3.2 电源的设计
• 3.3 MC68HC16Z1 芯片的介绍
• 3.3.1 MC68HC16Z1 概述
• 3.3.2 MC68HC16Z1 的特点
• 3.4 主电路及功率驱动电路
• 3.4.1 主电路
• 3.4.2 功率驱动电路
• 3.5 电机电流采样隔离电路
• 3.6 电机位置、速度检测电路
• 3.6.1 AD2S82A 性能概述
• 3.6.2 AD2S82A 外围电路连接
• 3.7 D/A 转换电路
• 3.8 串行通信电路
• 3.9 保护电路
• 3.9.1 过流保护
• 3.9.2 过压保护
• 3.9.3 欠压保护
• 3.9.4 制动泄放
• 3.9.5 过热保护
• 3.10 硬件抗干扰措施
• 4 系统软件设计
• 4.1 软件总体结构
• 4.1.1 初始化程序
• 4.1.2 主程序设计
• 4.1.3 定时中断程序设计
• 4.1.4 通讯中断子程序
• 4.2 软件的可靠性措施
• 5.实验数据和分析
• 5.1 实验过程和实验数据
• 5.2 实验数据分析
• 6.总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 详细摘要