数字交流伺服系统仿真平台的研究

论文摘要

目前,基于单片机的数字交流伺服系统得到了越来越广泛的应用。交流伺服系统最核心、最关键的部分是软件系统,也就是控制程序,控制程序的好坏直接决定了控制性能的好坏。目前控制程序的开发和调试完全依赖于硬件,给开发和研究人员带来了很多不便。为了更好地辅助开发和调试控制程序,本论文提出并建立了一个交流伺服系统闭环仿真平台,以实际的控制程序作为闭环仿真平台的输入,能使控制程序的开发和调试完全脱离硬件,同时还基于该平台进行了参数辨识和控制参数优化,可提高交流伺服系统的开发效率。为了实现闭环仿真平台,本课题建立了一个C语言编译器,用于仿真单片机运行控制程序;建立了永磁同步电机模型,用于仿真永磁同步电机;建立了PWM信号产生模型,用于仿真单片机内部的PWM信号产生模块,实现了六路PWM信号的产生;建立了IPM模型,用于仿真IPM,实现了IPM的死区和开通、关断延时。本论文提出的闭环仿真平台不仅使控制程序的开发和调试脱离硬件,而且还能为交流伺服系统的开发提供其他的辅助,这些是实际的硬件系统不具备的功能。本文基于闭环仿真平台进行了参数辨识,辨识了电机的d,q轴电感,较好地解决了d,q轴电感难以准确获得的问题。同时将穷举法和遗传算法同闭环仿真平台结合起来,进行了参数优化,本论文优化了PID控制中的比例系数和积分时间常数,取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 交流伺服系统介绍及闭环仿真平台
• 1.3.1 交流伺服系统硬件结构
• 1.3.2 交流伺服系统工作原理
• 1.3.3 闭环仿真平台
• 1.4 研究的主要内容
• 第2章 控制程序识别与仿真运行
• 2.1 控制程序简介
• 2.2 控制程序识别与仿真运行概述
• 2.3 控制程序识别与仿真运行实现
• 2.3.1 词法分析
• 2.3.2 语法分析
• 2.3.3 运行程序
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步电机模型
• 3.1 永磁同步电机介绍
• 3.1.1 永磁同步电机概述
• 3.1.2 永磁同步电机d, q轴变换
• 3.1.3 磁场定向矢量控制
• 3.2 电机模型概述
• 3.3 连续电机模型
• 3.4 离散电机模型
• 3.4.1 六路PWM信号的产生
• 3.4.2 智能功率模块（IPM）模型
• 3.4.3 离散电机模型
• 3.5 离散和连续电机模型对比
• 3.6 仿真软件界面
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于闭环仿真平台的参数辨识
• 4.1 电机d轴电感辨识
• 4.2 电机q轴电感辨识
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于闭环仿真平台的参数优化
• 5.1 参数优化的评价函数
• 5.2 穷举法参数优化
• 5.3 遗传算法参数优化
• 5.3.1 遗传算法概述
• 5.3.2 遗传算法的实现
• 5.3.3 遗传算法与闭环仿真平台结合
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 遗传算法源程序
• 致谢