直线电机的预估电流控制器设计

论文摘要

直线电机作为一种直接驱动直线运动的电机,在机械结构上简化了直线运动的传动环节。与传统的旋转电机带动的运动平台相比,直线电机有推力大,行程大,加速度高,动态响应性能好的特点,因此近年来,它在运动控制领域特别是工业运动控制领域得到了越来越广泛的应用。直线电机的自身特点需要响应速度快、稳定和谐波成分小的驱动器与之相匹配,目前还没有自主研发的高性能国产品牌直线电机驱动器,本课题以直线电机的驱动器设计为背景,针对要求高的电流环设计并实现了一种预估式电流控制器。预估电流控制器需要建立在直线电机模型的基础之上,首先本文将旋转同步电机的坐标变换的理论引入到直线电机中,利用直线电机在同步运动坐标系下的电压平衡关系建立直线电机的模型,然后针对该模型进行离散化处理和时序优化得到预估电流控制方案。使用空间矢量脉冲宽度调节(SVPWM)的方法将计算结果用来控制电机加载电压,最终实现电流的控制。在硬件方面选用TMS320F2812数字信号处理(DSP)芯片为控制芯片,三菱PS21267智能功率模块为功率芯片,分别搭建了纯数字电流控制器的控制板和功率板。在Code composer studio(CCS)的环境下通过C语言模块化编程思想在DSP中实现了该算法。在软件和硬件工作的基础之上,以上银永磁同步直线电机LMCA3为被控对象,通过实验验证了该控制器的性能。实验结果表明该预估电流控制器能对直线电机的电流起到很好的控制效果,谐波成分低,验证了该方法的可行性。实现了电机电流的闭环控制和速度的开环控制。

论文目录

• Acknowledgements
• 摘要
• ABSTRACT
• LIST OF FIGURES
• CHAPTER 1 INTRODUCTION
• 1.1 Background
• 1.2 Linear motor introduction
• 1.3 Analysis of current control theorems
• 1.3.1 Linear control techniques
• 1.3.2 Nonlinear control techniques
• 1.4 Thesis overview
• CHAPTER 2 BASIC CONCEPTS OF LINEAR MOTORS DRIVE
• 2.1 The structure of linear motor drive
• 2.2 Coordinate transform and linear motor model
• 2.2.1 Coordinate transform
• 2.2.2 PMSLM model
• 2.3 Space vector control
• 2.4 Summary
• CHAPTER 3 CURRENT CONTROL SCHEME
• 3.1 Discrete PMSLM model
• 3.2 Control timing sequence
• 3.3 Predictive current control scheme
• 3.4.1 The conventional predictive current controller
• 3.4.2 Proposed current controller
• 3.4 SVPWM generation
• 3.5 Addition consideration
• 3.5.1 Voltage limit
• 3.5.2 Output voltage distortion
• 3.5.3 The dynamical parameters of PMSM
• 3.6 Summary
• CHAPTER 4 HARDWARE REALIZATION
• 4.1 Hardware structure
• 4.2 Control board hardware design
• 4.2.1 Power supply model
• 4.2.2 JTEG connection circuit
• 4.2.3 Other peripheral circuit
• 4.3 Power board design
• 4.3.1 Rectifier circuit
• 4.3.2 PWM inverter
• 4.3.3 Optics couple circuit
• 4.3.4 Hall sensor circuit
• 4.3.5 Power supply model
• 4.3.6 Current detection circuit
• 4.3.7 Encoder signal sensor
• 4.4 Summary
• CHAPTER 5 SOFTWARE REALIZATION
• 5.1 Software system overview
• 5.2 Function modules
• REG3 module'>5.2.1 PID_REG3 module
• PARK module'>5.2.2 I_PARK module
• DQ module'>5.2.3 SVGEN_DQ module
• PWM DRV module'>5.2.4 FC_PWM DRV module
• 5.2.5 ADC module
• 5.2.6 CLARK module
• 5.2.7 PARK module
• 5.2.8 QEP THETA DRV module
• 5.2.9 SPEED FRQ module
• 5.3 Main function and interrupt serve
• 5.3.1 Main function
• 5.3.2 Interrupt function
• 5.4 Summary
• CHAPTER 6 EXPERIMENTS AND RESULTS PRESENTATION
• 6.1 Experiment table introduction
• 6.2 Load voltage experiments
• 6.2.1 Full bridge voltage rectifier
• 6.2.2 Voltage load curve
• 6.3 Load current and velocity experiments
• 6.3.1 Current load
• 6.3.2 Velocity load
• 6.4 Summary
• CONCLUSION AND FUTURE WORKS
• REFERENCES