基于DSP的网络伺服控制器研究

论文摘要

当前,交流传动已成为传动领域的主要方式。随着电机制造技术、电力电子技术、微处理器技术(DSP)和现代控制理论的发展,交流伺服技术应用越来越广泛。永磁同步电机(PMSM)由于其优异的控制性能,被越来越多地应用于交流伺服系统。因此,研究基于DSP的永磁同步电机伺服系统,具有重要的现实意义。本文围绕数字化永磁同步电机伺服控制器展开研究,全文主要分为四个部分,主要内容如下:一、描述了永磁同步电机转子磁场定向的矢量控制原理;对电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)做了详细的理论阐述和推导,并给出了基于DSP的硬件实现方法。二、在硬件方面,系统采用了以TI公司的DSP控制器为核心的最小控制系统,并与FAIRCHILD公司的智能功率模块(SPM)FSAM20SH60A组成交流伺服系统。本文详细论述了SPM智能功率模块的驱动电路、TMS320LF2407A的最小系统、相电流测量电路、PWM驱动电路以及通信接口电路的设计与实现。三、在软件方面,根据控制对象、技术指标及永磁同步电机的磁场定向矢量控制模型,本文采用了电流环和速度环双闭环的控制方式;电机的驱动采用了空间矢量脉宽调制技术,相对于正弦波脉宽调制技术而言,这种控制技术大大提高了电源电压的利用效率;编程主要采用C语言,结构上采用模块化的编程结构。主要论述了相电流检测模块、速度和位置检测模块、电压空间矢量产生模块以及通信模块的实现,并对程序中数据的格式处理、PI控制的程序实现等做了详细的讲解和说明。四、利用DSP内嵌的CAN模块构建网络伺服控制系统,并对网络伺服控制系统的组网结构、CAN总线的通信协议及CAN总线实时性等方面进行了详细介绍。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 伺服控制器概述
• 1.3 课题的国内外研究现状及意义
• 1.3.1 国内外现状
• 1.3.2 技术发展趋势
• 1.3.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 永磁同步电机控制理论
• 2.1 矢量控制理论概述
• 2.1.1 矢量控制的基本思想
• 2.1.2 矢量控制的坐标变换
• 2.1.3 磁场定向原则
• 2.2 PMSM 的磁场定向矢量控制原理
• 2.2.1 转子磁场定向矢量控制原理
• 2.2.2 PMSM 的DSP 控制系统
• 2.2.3 SVPWM 的原理
• 2.2.4 SVPWM 算法的实现
• 2.3 本章小结
• 第三章 伺服控制器硬件设计
• 3.1 硬件设计总体架构
• 3.2 驱动板设计
• 3.2.1 驱动板设计概述
• 3.2.2 电源设计
• 3.2.3 SPM 驱动电路设计
• 3.2.4 模拟量检测电路设计
• 3.2.5 保护与制动电路设计
• 3.3 控制板设计
• 3.3.1 控制板设计概述
• 3.3.2 DSP 最小系统
• 3.3.3 PWM 驱动电路
• 3.3.4 编码器接口
• 3.3.5 模拟量调理电路
• 3.3.6 通信接口
• 3.4 操作板设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 伺服控制器软件设计
• 4.1 软件总体设计
• 4.2 DSP 软件设计
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 系统主程序
• 4.2.3 相电流检测模块
• 4.2.4 速度和位置检测模块
• 4.2.5 数字PI 调节器的DSP 实现
• 4.2.6 空间矢量产生模块
• 4.3 单片机软件设计
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 SPI 通信模块
• 4.3.3 按键模块
• 4.3.4 液晶驱动模块
• 4.4 软件设计中应注意的问题
• 4.4.1 系统标幺值设计
• 4.4.2 数字滤波的实现
• 4.4.3 状态信号输入输出的抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第五章 伺服控制器CAN 总线控制系统的设计与实现
• 5.1 CAN 总线简介
• 5.1.1 CAN 总线的主要特点
• 5.1.2 CAN 总线的工作原理
• 5.1.3 CAN 总线的位数值表示与通信距离
• 5.1.4 CAN 总线实时性的解决方案
• 5.1.5 运用优先级晋升的信息调度方案
• 5.2 伺服控制器CAN 总线控制系统的设计
• 5.2.1 CAN 总线伺服控制系统概述
• 5.2.2 CAN 总线伺服控制系统的网络结构
• 5.2.3 CAN 总线通信协议
• 5.2.4 伺服控制器CAN 模块的软件设计
• 5.3 调试及分析
• 5.3.1 调试环境简介
• 5.3.2 调试结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 不足之处与建议
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要