永磁电动机伺服系统硬件设计与优化

论文摘要

交流伺服技术是工业自动化的重要基础,它是电机、检测、电力电子、微处理器和控制理论相结合的产物。永磁同步电机具有体积小、损耗低、效率高等优点,随着高性能DSP和先进控制策略的发展,永磁同步电机能够获得良好的控制特性。因此,永磁同步电机在交流伺服系统中得到广泛应用。本文以高性能信号处理器TMS320F2812 DSP为核心,设计一套5kW永磁同步电机交流伺服系统,并分析了硬件设计中的关键环节。首先,结合大量的参考文献,分析了交流伺服系统的发展趋势以及控制策略,说明了开发永磁同步电机交流伺服系统的意义。其次,基于模块化设计原则,深入研究DSP的结构与特点,提出基于DSP的交流伺服系统设计方案,包括主电路、控制电路、电流采样电路、编码器调理电路以及保护电路等,设计一套数字化的交流伺服系统；详细分析了控制电路电磁干扰(EMI)问题并给出相应的解决方案。针对影响电流环带宽问题进行深入分析,提出双次电流采样与PWM占空比更新策略,软件实现了该方法。最后,对设计的硬件系统进行了试验,验证该硬件系统设计的合理性。通过实验结果分析,进一步验证了电流环优化的一些理论结果。提出了系统存在的问题并给出了今后改进的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 交流伺服系统发展趋势
• 1.3 现代逆变技术的发展
• 1.4 交流伺服系统控制策略
• 1.5 本文主要研究工作
• 第二章 TMS320F2812 DSP及其在交流伺服系统中的应用
• 2.1 TMS320F2812 DSP的特点、结构及其在交流伺服系统中的应用
• 2.1.1 TMS320F2812 DSP的主要特点
• 2.1.2 F2812 DSP结构及其在交流伺服系统中的应用
• 第三章 永磁同步电机伺服系统硬件设计
• 3.1 系统主电路
• 3.2 逆变驱动与保护电路
• 3.2.1 三相桥功率驱动芯片IR2233的主要性能及内部结构
• 3.2.2 IR2233芯片工作原理
• 3.2.3 IGBT驱动电路
• 3.3 编码器信号调理电路
• 3.3.1 转子位置检测
• 3.3.2 速度检测
• 3.4 电流采样电路
• 3.5 直流母线电压检测电路
• 3.6 故障检测与保护电路
• 3.6.1 温度检测电路
• 3.6.2 保护电路
• 3.7 电源模块
• 第四章 交流伺服系统电磁兼容分析
• 4.1 交流伺服系统电路的抗干扰问题及抗干扰设计
• 4.1.1 交流伺服装置抗干扰问题
• 4.1.2 交流伺服装置控制电路的抗干扰设计
• 4.2 多层布线及其在交流伺服系统控制电路抗干扰设计中的应用
• 4.2.1 多层布线的特点及发展
• 4.2.2 多层布线在控制板电源电路抗干扰设计中的应用
• 4.2.3 Altium Designer软件在伺服系统设计中的应用
• 第五章 电流环优化与系统实验验证
• 5.1 同步旋转坐标系下电流解耦原理
• 5.1.1 永磁同步电机的数学模型
• 5.1.2 电流环传递函数
• 5.2 电流环采样方式研究
• 5.3 电流环优化分析
• 5.3.1 电流环带宽影响因素
• 5.3.2 电流环优化策略
• 5.4 系统实验验证
• 5.4.1 矢量控制系统软件实现
• 5.4.2 系统实验验证
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢