基于DSP的全数字交流永磁电机伺服控制系统研究

论文摘要

当今迅猛发展的电动机理论、电力电子技术、新型磁性材料和微机控制技术不断的推动相关伺服产品的升级,全数字化的伺服控制系统在工业集成制造、自动控制领域、交通工具、电子电器产品、数控机床设备、军用武器装备等方面发挥巨大作用。现代电机控制技术中的直接转矩控制技术是在矢量控制技术之后得到广泛使用的直接面向输出量的新型电机控制技术。永磁同步电机以其较小的发热量,较高的性价比,方便耐用,适用于不同的场合而成为伺服系统执行工具的首选。高性能的交流伺服控制技术采用最新数字控制技术取代传统的模拟控制方案,设计简便,整体系统共用一个时间参考点,—致性好,安全可靠性高,以永磁同步电机为执行机构的高性能交流伺服技术已经代替传统的伺服技术,成为未来伺服技术发展的方向。研究以永磁同步电机直接转矩控制系统为主要对象的交流伺服控制系统是当前伺服系统研究的热点并有重要的实用价值。本文首先介绍了伺服技术的行业背景、发展基础、系统组成,说明高性能伺服系统的特点。其次,分别建立永磁同步电机的静止、旋转坐标系,根据电磁等效原理给出它们之间的变换公式；以简化形式建立三相永磁同步电机的数学模型,计算出定子电压、磁链、转矩方程、运动方程。在上述基础上,采用空间矢量合成方法增加了新的矢量,分析比较了基本电压矢量直接转矩控制和矢量细分直接转矩控制的原理的关系,实现电机输出量的解耦控制。再次,使用高性能的数字信号处理器(TMS320F2812 DSP)芯片为控制核心,搭建了伺服系统平台,设计出了主电路和外围辅助电路,编制了DSP的控制运行程序,完成伺服系统的软硬件设计。最后,在MATLAB7.0/Simulink6.0仿真环境下建立了基于矢量细分算法的直接转矩控制伺服系统的仿真模型。通过仿真分析,结果表明,系统能够达到位置、速度、转矩三闭环控制的设计要求,结果表明设计方案可行。图[44]表[10]参[48]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 伺服控制技术的行业前景和意义
• 1.2 当今伺服控制技术的发展基础
• 1.3 伺服控制技术的发展趋势
• 1.4 论文拟解决的问题与主要工作
• 1.4.1 论文拟要解决的问题
• 1.4.2 论文的主要工作
• 2 伺服控制系统结构组成与伺服电机
• 2.1 伺服系统分类与组成
• 2.1.1 伺服系统的分类
• 2.1.2 永磁同步电动机伺服系统的组成
• 2.1.3 伺服系统的工作原理
• 2.2 永磁同步伺服电机
• 2.2.1 电机磁性材料的发展
• 2.2.2 永磁电机用磁性材料的基本性能及参数
• 2.2.3 永磁同步电机的结构形式
• 3 电机空间坐标变换与PMSM数学模型
• 3.1 电机坐标系与坐标变换原理
• 3.2 三相永磁同步电机的数学模型
• 3.2.1 定子电压和磁链方程
• 3.2.2 转矩方程
• 3.2.3 运动方程
• 4 三相PMSM直接转矩控制分析
• 4.1 现代电机控制策略比较
• 4.2 电压型逆变器的开关模型的建立
• 4.2.1 直接转矩控制原理
• 4.2.2 电压矢量运算与查表
• 4.3 空间电压矢量脉宽调制技术原理（SVPWM）
• 4.3.1 矢量细分的基本原理
• 4.3.2 定子磁链位置计算
• 4.3.3 扇区选择模块
• 4.3.4 两相定子坐标系下的电压
• 5 基于DSP的PMSM伺服系统组成
• 5.1 引言
• 5.2 DSPTMS320C28X特点
• 5.3 直接转矩系统的硬件组成
• 5.3.1 智能功率模块IPM
• 5.3.2 电流检测电路
• 5.3.3 电压检测电路
• 5.3.4 系统的故障保护电路
• 5.3.5 位置和转速检测器件——旋转变压器
• 5.4 永磁同步电机的直接转矩系统软件设计
• 5.4.1 主程序的设计
• 5.4.2 中断服务程序设计
• 6 实验仿真与结果
• 6.1 数字PID调节器
• 6.2 伺服系统的仿真
• 6.2.1 MATLAB7.0/SIMULINK6.0简介
• 6.2.2 仿真模型的建立
• 6.3 仿真结果
• 6.3.1 永磁同步电机的参数设置
• 6.3.2 仿真试验
• 7 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果