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工业缝纫机交流伺服系统的研究

2020-11-29阅读(1006)

工业缝纫机交流伺服系统的研究

论文摘要

随着服装行业的发展,服装的制作工艺日趋复杂,制作效率也要求越来越高,传统的工业缝纫机控制技术已不能满足发展的需要。目前,微电子器件、电力电子器件、计算机技术和控制技术的高速发展,稀土磁材料和制造工艺的提高,为电力电子变换器-交流永磁同步电动机伺服系统的研发提供了良好的技术支持和物质基础。在此基础上出现的智能型工业缝纫机伺服系统具有噪音小、效率高、定位准确和智能化操作等优点,能够实现复杂的制作工艺,提高服装行业的经济效益。鉴于此,开展了以下以工业缝纫机交流PMSM伺服控制系统为对象的研究内容:结合节能与环保的时代主题,对永磁同步电动机调速技术、电力电子变换技术、自动控制技术等理论知识的进行了较为深入的归纳、总结和分析,对工业缝纫机系统的结构、功能、缝纫工艺、电气部分所要完成的任务等方面进行了广泛的理解和熟知;交流伺服控制系统的理论分析,包括采用零矢量的SVPWM和不采用零矢量的SVPWM算法（即共模电压最小调制算法）,PMSM电动机的矢量控制算法和增量式PI调节器的工作原理,将三者结合进行了大量的理论分析和基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析,为实验设计打下良好的基础;交流伺服控制系统的硬件设计,包括功率电路、控制电路以及串行通讯电路在内的系统设计,功率电路主要包括交流整流电路、单电源驱动的逆变器IRAMX16UP60A电路、脉冲编码电路等,控制电路主要包括PWM脉冲发生电路、SPI通讯电路、DSP TMS320F2801与伺服系统专用控制芯片IRMCK201及其外围电路、旋转编码检测电路、HALL电流检测电路,在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了相关的原理图绘制和PCB绘制;交流伺服控制系统的软件设计,包括软件设计的目标和程序结构的安排,主要功能模块包括位置控制PI调节器子程序、SPI通讯的子程序、A/D检测子程序、人机接口子程序、故障处理子程序等,采用C语言和汇编语言混合编程的方法完成了整个程序的编制和调试;交流伺服控制系统的系统调试,在硬件电路完成设计的各个阶段,逐渐编制相应的控制程序,进行调试,最终完成整个系统程序的统调。系统调试中遇到了很多问题,如PID控制参数匹配问题、通讯程序的对调、软件抗干扰等,最终完成了500W工业缝纫机交流PMSM伺服控制系统,并进行了实验研究,实现有关功能,获得了大量的实验结果;交流伺服控制系统改善输入功率因数的设计,鉴于高档智能型工业缝纫机伺服系统需要高的输入功率因数,在分析现有单相AC/DC变换器功率因数校正技术的各种方法、16A以下的IEC61000-3-2标准以及单周期控制（OCC）技术的功率因数校正器（PFC）的基础上,设计实现了基于专用芯片IR1150的750W的PFC功率模块,输入功率因数接近于1。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题产生的背景
  • 1.1.1 工业缝纫机简介
  • 1.1.2 工业缝纫机伺服系统的性能指标
  • 1.2 永磁同步电动机交流伺服系统
  • 1.2.1 永磁同步电动机
  • 1.2.2 PMSM 交流伺服系统的控制策略
  • 1.2.3 PMSM 交流伺服系统的发展趋势
  • 1.3 论文研究的内容与结构
  • 第2章 永磁同步电动机矢量控制
  • 2.1 PMSM 的数学模型
  • 2.1.1 PMSM 基本结构和种类
  • 2.1.2 PMSM 基本方程
  • 2.2 PMSM 矢量闭环控制
  • 2.2.1 PMSM 矢量控制
  • 2.2.2 PMSM 闭环设计
  • 第3章 工业缝纫机交流伺服系统的仿真分析
  • 3.1 空间矢量PWM 调制算法
  • 3.1.1 传统的SVPWM 算法与仿真建模
  • 3.1.2 共模电压最小SVPWM 算法与仿真分析
  • 3.2 伺服控制系统的仿真分析
  • 3.2.1 PI 控制器参数设计
  • 3.2.2 工业缝纫机三闭环控制系统的仿真分析
  • 3.2.3 电动机制动原理与仿真分析
  • 第4章 工业缝纫机交流伺服系统的硬件设计
  • 4.1 硬件总体设计方案
  • 4.2 功率驱动电路
  • 4.3 控制电路设计
  • 4.3.1 IRMCK201 控制芯片的介绍与外围设计
  • 4.3.2 TMS320F2801 控制芯片介绍与 SPI 通讯
  • 4.3.3 PMSM 转子位置检测与转速测定
  • 4.3.4 定子电流检测电路
  • 4.4 功能电磁阀电路
  • 4.5 脚踏板检测电路
  • 第5章 工业缝纫机交流伺服系统的软件设计
  • 5.1 软件总体设计方案计
  • 5.2 各功能模块的实现
  • 5.2.1 系统初始化模块
  • 5.2.2 SPI 通讯模块
  • 5.2.3 位置环PID 控制算法
  • 5.2.4 人机交互模块
  • 5.2.5 A/D 采样模块
  • 5.2.6 功能电磁阀模块
  • 5.2.7 故障处理模块
  • 5.3 系统软件抗干扰措施
  • 第6章 实验测试结果
  • 6.1 PMSM 稳态性能测试
  • 6.2 系统动态性能的测试
  • 第7章 工业缝纫机专用PFC 的设计与实现
  • 7.1 单相有源PFC 的发展现状
  • 7.2 单周期控制单相有源PFC
  • 7.2.1 单周期控制APFC 工作原理
  • 7.2.2 单周期控制PFC 的仿真分析
  • 7.3 单周期控制单相PFC 的实验与分析
  • 第8章 总结与展望
  • 8.1 课题总结
  • 8.2 未来展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 附录1 DSP TMS320F2801 输入输出口 GPIO 和外设配置
  • 附录2 工业缝纫机实验电路板

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