基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计

论文摘要

在现代化工业生产中,电机及其控制系统占有着举足轻重的地位。具有更高的运行精度,更大的调速范围,更短的调节时间的电机控制系统的开发是现代化工业控制领域的热门研究方向。而永磁同步电机因其自身优良的特性,逐渐成为了工业控制中电机伺服系统中的主流电机,因此研究设计出能够适应现代化工业控制要求的永磁同步电机的控制系统有着越来越重要的意义。本课题采用TI公司的数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)TMS320LF2407A芯片作为系统的控制核心。它将高性能的DSP内核和丰富的微控制器外设功能集于一身,为电机的控制系统应用提供了一个理想的解决方案。它简化了系统的设计,提高了控制器的实时处理能力和调速性能,增强了系统的可靠性和集成度,功能更为完善。本课题以电机的矢量控制算法为理论基础,研究了永磁同步电机的组成原理和数学模型,分析了电机的矢量控制系统的基本原理与控制策略,论述了永磁同步电机矢量控制系统实现的可行性,之后对电机的变频驱动SVPWM技术作了比较详尽的论述。在控制系统的实际设计与搭建阶段,课题介绍了控制系统的主要电路,包括功率驱动电路,供电电路与电源电路以及传感器电路等等,在系统的软件设计中,描述了软件系统主要部分的程序流程,重点介绍了系统的中断流程,SVPWM的生成与输出,电机的启动与定位的算法和PI调节算法的软件实现,最后给出了永磁同步电机矢量控制系统软件实现的总体程序流程。在课题的最后,对控制系统做了比较全面的运行调试,测量了电机控制系统的输出波形和调整过程波形,对系统的性能做出了分析与评价,控制系统在经过调试以后,成功实现了电机矢量控制算法,有着良好的转矩与速度响应,调整精度高,运行比较稳定,基本达到了课题预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电机现代控制技术的发展概况
• 1.2 同步电机的分类与特点
• 1.3 同步电机的调速控制系统
• 1.4 现代电力电子技术的发展
• 1.5 PWM技术的应用
• 1.6 本论文的研究背景与主要内容
• 2 永磁同步电机的原理与数学模型
• 2.1 永磁同步电机组成与原理
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 3 永磁同步电机矢量控制系统原理与实现
• 3.1 电机矢量控制系统的基本思想
• 3.2 电机矢量控制中的坐标变换
• 3.2.1 矢量控制系统中的三种坐标系
• 3.2.2 Clarke变换
• 3.2.3 Park变换
• 3.3 永磁同步电机矢量控制策略分析
• 3.4 永磁同步电机矢量控制系统的实现
• 4 空间矢量SVPWM技术
• 4.1 电机控制中的PWM技术
• 4.2 SVPWM技术的基本思想
• 4.3 基本电压空间矢量
• 4.4 空间矢量SVPWM的基本公式
• 4.5 空间矢量SVPWM的计算机实现
• 5 永磁同步电机矢量控制系统的硬件电路设计
• 5.1 控制系统的总体电路
• 5.2 控制系统的驱动模块IPM及其外围电路
• 5.3 控制系统的供电与开关电源电路
• 5.3.1 控制系统的供电电路
• 5.3.2 开关电源电路
• 5.3.3 直流稳压电源电路
• 5.4 控制系统传感器电路
• 5.4.1 电流传感器及其相关电路
• 5.4.2 位置与速度传感器及其相关电路
• 6 永磁同步电机矢量控制系统DSP控制核心及其软件开发
• 6.1 DSP控制芯片概述与程序开发平台介绍
• 6.2 控制系统总体中断程序流程
• 6.3 DSP的事件管理器模块与SVPWM的生成
• 6.3.1 比较单元的PWM输出
• 6.3.2 正交编码脉冲电路（QEP）
• 6.3.3 SVPWM波形的DSP实现
• 6.4 永磁同步电机的启动与定位
• 6.5 PI调节的软件实现
• 6.6 矢量控制算法的软件流程
• 7 控制系统的调试与运行结果
• 7.1 控制系统运行相关波形
• 7.2 控制系统调整环节相关波形
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢