基于DSP+FPGA的永磁同步电机伺服控制系统研究

论文摘要

随着电力电子技术尤其是DSP和FPGA技术的飞速发展,以及先进控制理论的应用,永磁同步电动机（PMSM）伺服控制系统的理论与应用研究的新成果不断涌现。本文围绕DSP主控制器和FPGA辅助控制器的伺服系统结构,开展了伺服系统电流环和速度环调节器的建模与设计、电机的启动方法及硬件和软件系统设计研究,主要研究工作包括:基于Clark和Park变换,建立了同步旋转坐标系下永磁同步电机的数学模型,在此基础上分析了PMSM矢量控制原理、空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术及其实现方法,确定了伺服系统的控制方案。分析伺服系统内各环节的特性,建立了各环节的数学模型,推导出PMSM伺服系统电流内环和速度外环的传递函数,根据系统稳定性条件推导出电流内环和速度外环各增益系数的计算公式。为增强系统抗负载扰动能力,在速度环PI调节器设计的基础上,进行了速度环模糊PI控制器的设计。根据伺服系统的功能要求,进行了以DSP+FPGA为核心的硬件系统设计,包括硬件结构的总体构成设计、DSP+FPGA数字控制电路的设计、主功率回路与辅助电源设计、反馈检测电路和保护电路的设计等。利用C语言完成了包括主程序、各类中断程序和一些重要软件模块在内的软件系统的设计。在深入研究电机启动方法的基础上,确定了电机的启动方法及其相应的软件实现方式。最后建立了伺服系统仿真模型,对仿真结果进行了分析,进行了伺服系统实验调试,分析了实验结果,通过仿真和实验验证了系统的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源及研究目的
• 1.2 永磁同步电机伺服系统的研究概况、现状及其发展趋势
• 1.3 永磁同步电机控制策略和控制理论
• 1.4 本文主要工作
• 1.5 论文各章内容安排
• 2 永磁同步电机的数学模型及矢量控制
• 2.1 前言
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制
• 2.4 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术的实现方法
• 2.5 永磁同步电机伺服系统控制方案的确定
• 2.6 小结
• 3 永磁同步电机伺服系统调节器的分析与设计
• 3.1 前言
• 3.2 电流内环P 调节器的分析与设计
• 3.3 速度外环传统PI 调节器的分析与设计
• 3.4 速度外环模糊PI 控制器的分析与设计
• 3.5 小结
• 4 永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计和软件设计
• 4.1 前言
• 4.2 伺服系统的硬件设计
• 4.3 伺服系统的软件设计
• 4.4 小结
• 5 系统的仿真分析与实验分析
• 5.1 系统的仿真分析
• 5.2 实验调试及结果分析
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一阶段工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利目录