基于DSP2812的永磁同步伺服系统的研究

论文摘要

伺服系统在工业控制和家用电器等领域的应用越来越广泛。永磁同步电机由于其优越的控制性能,从而越来越多地应用到交流伺服控制领域。基于DSP全数字永磁同步交流伺服系统已经成为伺服控制系统发展的趋势。首先,本文介绍伺服系统的发展背景、研究现状以及发展趋势。在dq0坐标系下建立永磁同步电机的数学模型,分析空间矢量脉宽调制原理及其具体实现方法。其次,介绍整个伺服系统的传递函数模型,以及针对电流、速度和位置三环所进行的设计和动静态性能的分析,并在MATLAB/SIMULINK下进行仿真验证。速度环调节采用滑模变结构PI控制,提高了系统的动态响应性能,抗干扰能力增强。应用增量式光电编码器完成了电机初始定位,可实现无抖动、启动运行平滑的效果。同时运用锁相环原理完成了永磁同步电机在超低速下的速度检测。最后,介绍了系统软硬件设计和实现方法。对系统进行调试,给出了主要实验波形。实验结果验证了上述理论和仿真分析的正确性,系统具有良好的动静态特性,并为进一步深入研究该伺服系统奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 交流伺服电机
• 1.2 交流伺服系统各部分的发展
• 1.3 国内外交流伺服系统研究现状
• 1.4 交流伺服系统的发展方向
• 1.5 课题的研究意义和本文的研究内容
• 1.5.1 课题的研究意义
• 1.5.2 本文的研究内容
• 第二章 永磁同步电机的数学模型和空间电压矢量脉宽调制
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 PMSM 的基本方程
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 PMSM 在dq0 坐标系下的数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制技术和控制策略
• 2.3.1 矢量控制技术
• 2.3.2 PMSM 的矢量控制策略
• 2.4 空间电压矢量脉宽调制
• 2.4.1 电压矢量和磁链矢量的关系
• 2.4.2 基本空间电压矢量
• 2.4.3 SVPWM 调制原理
• 2.4.4 SVPWM 与 SPWM 比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 永磁同步伺服系统的设计与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 永磁同步伺服系统的频域模型
• 3.2.1 电流环模型
• 3.2.2 速度环模型
• 3.2.3 位置环模型
• 3.3 永磁同步电机矢量控制系统的仿真
• 3.3.1 速度环的仿真
• 3.3.2 位置环的仿真
• 3.4 滑模变结构基本原理
• 3.4.1 滑模变结构基本原理
• 3.4.2 PMSM 伺服系统速度环的滑模变结构PI 设计
• 3.4.3 系统仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 永磁同步伺服系统硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 伺服系统的硬件框图
• 4.3 主功率电路
• 4.4 DSP 主控单元
• 4.4.1 DSP2812 芯片
• 4.4.2 开发环境简介
• 4.4.3 运算控制单元
• 4.5 采样调理电路
• 4.5.1 电压采样调理电路
• 4.5.2 电流采样调理电路
• 4.5.3 光电码盘信号调理电路
• 4.6 保护电路
• 4.6.1 IPM 功率保护电路
• 4.6.2 母线电压保护
• 4.7 辅助电源
• 4.8 本章小结
• 第五章 永磁同步伺服系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 系统软件总体结构
• 5.3 转子初始定位
• 5.3.1 初始定位原理
• 5.2.2 初始定位过程
• 5.2.3 Z 信号在初始定位中的影响
• 5.4 角度计算
• 5.5 锁相环测速
• 5.5.1 常用速度检测方法
• 5.5.2 锁相环测速
• 5.5.3 误差分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 引言
• 6.2 测试平台
• 6.3 速度环实验
• 6.3.1 空载速度阶跃响应实验
• 6.3.2 负载速度阶跃响应实验
• 6.3.3 正反转运行实验
• 6.3.4 突加突卸负载实验
• 6.3.5 基于锁相环低速实验
• 6.4 位置环实验
• 6.5 初始定位实验
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 后续工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录