基于滑模观测器的交流伺服控制系统的研究

论文摘要

在交流伺服控制系统中,通常会在电机的转子轴上安装位置传感器。但是这些传感器不仅增大了控制系统的成本,而且大大的降低了控制系统的稳定性和可靠性。随着微电子技术、现代电力电子技术以及现代控制理论的飞速发展,无传感器技术得到了广泛的应用。本论文以正弦波驱动的永磁同步电动机为执行电机,采用矢量控制策略和滑模观测器的方法,研究并实现了基于滑模观测器的永磁同步电动机驱动控制系统的无位置传感器矢量控制。论文首先介绍了永磁同步电动机的结构及特点,深入研究了永磁同步电动机的矢量控制理论,并确定了采用转子磁场定向的矢量控制方案。其次,论文深入的分析了滑模变结构控制的基本原理,结合永磁同步电动机的数学模型,设计了估算转子位置和速度的滑模观测器。针对观测器中存在的抖振现象以及转速计算精度不高的问题,提出了改进方法。在此基础上,建立了永磁同步电动机位置、速度和电流三闭环的伺服控制系统。并利用MATLAB软件搭建了整个控制系统的仿真模型,研究了基于滑模观测器的永磁同步电动机伺服控制系统。最后,论文以TI公司的数字信号处理芯片TMS320F28335为核心控制芯片,设计了永磁同步电动机驱动控制系统的硬件电路,并介绍了整个伺服控制系统的软件程序流程图。通过实验平台的实验研究表明,实验结果与仿真结果相符,基本实现了永磁同步电动机无位置传感器控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 无传感器伺服控制技术概述
• 1.2.1 无传感器技术的研究现状
• 1.2.2 交流伺服控制策略的研究
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 PMSM 矢量控制及滑模变结构控制理论
• 2.1 永磁同步伺服电动机简述
• 2.2 永磁同步电动机的矢量控制
• 2.2.1 矢量控制的基本原理
• 2.2.2 磁场定向的矢量控制
• 2.3 滑模变结构的基本原理
• 2.3.1 滑模变结构控制
• 2.3.2 滑模变结构控制的基本问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统的建模和仿真
• 3.1 滑模观测器的设计
• 3.1.1 SPMSM 滑模观测器设计
• 3.1.2 数字化实现
• 3.2 滑模观测器存在的问题及解决方法
• 3.2.1 抖振的削弱
• 3.2.2 转子角度计算的改进
• 3.2.3 锁相环计算转速
• 3.3 基于SMO 的永磁同步电动机矢量控制系统的仿真模型
• 3.3.1 伺服控制系统的仿真模型
• 3.3.2 滑模观测器仿真模型
• 3.3.3 SVPWM 的仿真模型
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 无传感器PMSM 伺服控制系统的设计
• 4.1 伺服控制系统的硬件实现
• 4.1.1 TM5320F28335 控制芯片的介绍
• 4.1.2 主电路和驱动电路
• 4.1.3 电流采样电路
• 4.1.4 电源模块的设计
• 4.2 伺服控制系统的软件实现
• 4.2.1 DSP 的软件开发环境
• 4.2.2 主程序和初始化程序
• 4.2.3 定时器下溢中断子程序
• 4.3 实验波形及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢