基于TMS320F2812交流伺服系统的研究

论文摘要

永磁同步电动机伺服系统由于具有控制简单、低速运行性能好,运行效率高,转动惯量小,转矩脉动小,可高速运行、较高的性价比等特点,在诸多高性能领域等到了广泛应用,已逐渐成为交流伺服系统的主流。近些年,交流伺服系统已广泛应用于各种场合,如高精度数控机床、机器人、特种加工设备以及航空、航天等。这都要求交流伺服系统能够实现良好的速度控制、高精度的定位以及具有宽调速范围等特性。随着微电子技术和功率电子技术的飞速发展,数字信号处理器(DSP),智能功率模块(IPM)出现等,促使交流伺服控制系统向全数字化、智能化、小型化、高速、高精度方向发展。为了实现交流伺服控制系统的这些高性能要求,本文应用矢量控制的原理,以TI公司数字信号处理器TMS320F2812为系统的控制核心,富士公司的智能功率模块为逆变器开关器件,运用空间电压矢量脉宽调技术,设计了数字化脉宽调制调速系统,构建了一个基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统平台。本文首先对永磁同步电动机伺服系统进行了数学建模,并对永磁同步电动机矢量控制原理进行了阐述,分析了磁场定向矢量控制的工作原理及控制方法,同时还详细阐述电压空间矢量技术。其次提出了基于TMS320F2812的永磁同步电动机全数字交流伺服系统的软硬件解决方案。硬件包括总体电路、功率驱动回路、速度和位置检测电路、系统保护电路以及LED显示电路的设计;软件分别介绍了矢量控制系统的程序设计包括主程序和中断服务子程序等。实验证明,所研制的试验软硬件平台能很好地完成永磁同步电机伺服控制功能,能够完全满足高性能伺服控制系统的基本要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 交流伺服系统的研究现状
• 1.2 交流伺服在我国的发展情况
• 1.3 交流伺服技术发展方向
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机伺服控制
• 2.1 永磁同步电动机的结构
• 2.2 永磁伺服电动机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机在三相定子坐标系下的数学模型
• 2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.3 永磁同步电机在同步旋转坐标系下的的数学模型
• 2.3 永磁同步电动机伺服系统的设计
• 2.3.1 电流调节器的设计
• 2.3.2 速度调节器的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机矢量控制策略
• 3.1 矢量控制原理
• 3.1.1 矢量控制策略分析
• d=0控制方式的特点'>3.1.2 i_d=0控制方式的特点
• d=0控制方式的实施'>3.1.3 i_d=0控制方式的实施
• 3.2 电压空间矢量SVPWM技术
• 3.2.1 基本电压空间矢量
• 3.2.2 圆形磁链轨迹的控制
• 1、t₂和t₀的计算'>3.2.3 t₁、t₂和t₀的计算
• 3.2.4 扇区号的确定
• 3.3 本章小结
• 第4章 永磁同步电机伺服控制系统硬件设计
• 4.1 DSP简介
• 4.2 系统硬件总体系统设计
• 4.3 功率驱动回路的设计
• 4.3.1 交-直部分
• 4.3.2 功率驱动单元
• 4.4 速度、位置检侧
• 4.5 定子电流检测
• 4.6 系统保护电路设计
• 4.7 LED显示电路
• 4.8 本章小结
• 第5章 交流伺服控制系统软件设计
• 5.1 软件开发环境
• 5.2 系统主程序设计
• 5.3 PWM中断服务程序
• 5.3.1 电流采样
• 5.3.2 位置、速度的计算
• 5.3.3 数字PI算法
• 5.3.4 矢量控制坐标变换
• 5.3.5 SVPWM波生成
• 5.4 故障中断服务程序
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表论文