基于TMS320F2812的永磁同步电动机主轴驱动控制系统的研究

论文摘要

本文的主要工作是设计与开发了用于机床主轴直接驱动的全数字化永磁同步电动机矢量控制系统的软硬件平台,并利用该平台进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果验证了该系统设计方案的可行性。首先,详细阐述了坐标变换理论,根据永磁同步电动机的本体结构推导了其在各坐标系下的数学模型,深入研究了永磁同步电动机的矢量控制原理和i_d = 0控制策略,此外对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理和特性进行了研究。其次,采用MATLAB软件建立了电机系统的仿真模型。整个仿真系统包括PMSM模块、Power Module模块、测量模块、坐标变换模块、电流、转速调节模块和SVPWM模块等。仿真结果验证了矢量控制和SVPWM技术应用于本系统的可行性,同时为系统平台设计提供了理论依据。再次,为了提高系统的动静态特性和减小转动脉动,采用DSP TMS320F2812为核心进行了永磁同步电动机全数字矢量控制系统的软硬件设计。系统硬件包括电流检测、速度检测、显示电路、驱动电路、主电路和系统保护电路等;系统软件由DSP编程实现,采用基于id = 0的转子磁场定向矢量控制方法,完成对永磁同步电动机的解耦控制。速度调节器和电流调节器采用常规PI控制算法,逆变器采用SVPWM控制策略。同时,给出了系统各模块的软件流程图,包括系统初始化程序、速度和电流调节程序、SVPWM的实现以及功率驱动保护等子程序等。最后,在实验平台上做了大量深入的实验研究工作,并对试验波形做了深入分析。结果表明,该系统具有能够响应速度快,低转速运行平稳和抗干扰能力强等优点,可以满足主轴直接驱动要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 永磁同步电动机主轴驱动系统的发展概况
• 1.2.1 永磁同步电动机的发展概况
• 1.2.2 永磁同步电动机伺服的发展概况
• 1.2.3 主轴驱动系统的发展概况
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 永磁同步电动机的建模及矢量控制
• 2.1 坐标变换理论
• 2.1.1 矢量坐标变换
• 2.1.2 功率不变条件下的变换矩阵
• 2.1.3 Clarke 变换
• 2.1.4 Park 变换
• 2.2 永磁同步电动机的结构特点和数学模型
• 2.2.1 永磁同步电动机的结构特点
• 2.2.2 永磁同步电动机的数学模型
• 2.3 永磁同步电动机的矢量控制
• 2.3.1 矢量控制的基本原理
• 2.3.2 永磁同步电动机的矢量控制策略的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术
• 3.1 引言
• 3.2 电压矢量与磁链矢量的关系
• 3.3 基本电压空间矢量
• 3.4 磁链轨迹的控制
• 1、T₂和T₀ 的计算和扇区号的确定'>3.5 T₁、T₂和T₀的计算和扇区号的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 永磁同步电机主轴直接驱动系统的硬件设计
• 4.1 永磁同步电动机主轴直接驱动系统硬件的总体结构
• 4.2 系统控制电路的硬件设计
• 4.2.1 TMS320F2812 简介
• 4.2.2 电流信号检测处理电路
• 4.2.3 速度检测电路
• 4.2.4 显示电路
• 4.3 系统驱动电路及主电路的硬件设计
• 4.4 系统保护电路的硬件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁同步电动机主轴直接驱动系统软件设计
• 5.1 系统的主程序
• 5.2 功率驱动保护中断子程序
• 1下溢中断子程序'>5.3 定时器T₁下溢中断子程序
• 5.3.1 转速调节模块
• 5.3.2 电流调节模块
• 5.3.3 SVPWM 的软件实现
• 5.4 本章小结
• 第6章 永磁同步电动机主轴直接驱动系统的仿真及实验研究
• 6.1 系统的动态仿真实验研究
• 6.1.1 仿真平台Matlab/Simulink 简介
• 6.1.2 整体控制系统仿真模型
• 6.1.3 坐标变换和转速、电流PI 调节模块
• 6.1.4 SVPWM 子模块的仿真
• 6.1.5 仿真结果分析
• 6.2 系统的实验研究
• 6.3 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