基于空间矢量调制的三相混合式步进电动机驱动技术研究

论文摘要

随着电力电子器件以及微处理器技术的快速发展,尤其是高性能数字信号处理器的出现,以及步进电动机本体制造技术进步和不同类型电动机控制策略的相互渗透,不仅促进了步进电动机控制技术的发展,也使得高性能的全数字化步进电动机驱动控制系统成为现实。本文设计了一款新型的全数字化步进电动机驱动控制系统,采用空间矢量调制技术实现任意可变多细分,辅以软件化电子阻尼技术提高了三相混合式步进电动机作为伺服驱动用电动机时的性能。文中首先对三相混合式步进电动机的本体进行了数学建模及仿真,分析了该种电动机的工作特性。然后研究了采用空间电压矢量调制技术实现步进电动机任意细分驱动的技术,不需要电流环,易于数字化实现。针对步进电动机固有的低频振动的缺点,采用了一种新颖的瞬时功率控制技术,以软件电子阻尼方法削弱共振,实现了步进电动机驱动性能的改善,扩展了步进电动机的驱动应用领域。本文以飞思卡尔公司的低成本56F8013DSP芯片为核心,成功开发了三相混合式步进电动机驱动控制软硬件系统样机。文中对整个驱动控制系统架构以及硬件电路和驱动控制软件的实现都做了详细的介绍。样机的实验结果表明,所设计的新型全数字控制三相混合式步进电动机驱动器达到了一般伺服驱动控制的要求,对低速振荡尤其是低频段的共振有很强的抑制作用,是一种可行的控制方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 电力电子器件与微处理器的发展
• 1.3 步进电动机驱动控制的发展
• 1.4 课题的主要工作
• 1.4.1 课题目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 论文主体结构
• 第二章 步进电动机及其驱动技术
• 2.1 步进电动机的分类与结构
• 2.1.1 步进电动机的分类
• 2.1.2 步进电动机的结构
• 2.2 三相步进电动机的工作原理
• 2.2.1 单三拍通电方式的基本原理
• 2.2.2 六拍通电方式的基本原理
• 2.2.3 双三拍通电方式的基本原理
• 2.3 步进电动机驱动器
• 2.4 步进电动机的控制方法
• 2.5 步进电动机的驱动技术
• 2.5.1 步进电动机的基本驱动方式
• 2.5.2 步进电动机的现代驱动技术
• 2.5.3 步进电动机的细分驱动技术
• 2.6 本章小结
• 第三章 三相混合式步进电动机及驱动的建模与仿真
• 3.1 三相混合式步进电动机的磁网络模型
• 3.1.1 磁网络模型的基本原理
• 3.1.2 三相混合式步进电动机磁网络模型的推导与建立
• 3.2 三相混合式步进电动机的本体仿真模型
• 3.3 三相混合式步进电动机驱动器的建模
• 3.3.1 基于空间电压矢量调制技术的细分驱动技术
• 3.3.2 基于空间电压矢量调制技术的细分驱动器的建模与仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 三相混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计
• 4.1 系统架构
• 4.2 系统硬件总体设计
• 4.3 系统硬件模块设计
• 4.3.1 板载辅助电源设计
• 4.3.2 输入电压模块设计
• 4.3.3 采样调理及保护电路设计
• 4.3.4 通讯及显示电路设计
• 4.3.5 逆变电路设计
• 4.3.6 核心控制板设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 三相混合式步进电动机驱动控制系统软件设计
• 5.1 系统软件总体设计
• 5.2 基于飞思卡尔56F8013 系统软件的实现
• 5.2.1 初始化及采样模块软件设计
• 5.2.2 调节器模块程序设计
• 5.2.3 空间电压矢量调制模块程序设计
• 5.2.4 基于瞬时功率控制的低速性能改善分析及子程序设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 实验结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验波形分析
• 6.2.1 基于空间电压矢量调制技术的可变多细分驱动实验分析
• 6.2.2 基于瞬时功率控制的低速振动抑制的实验分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究工作总结
• 7.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文