基于DSP数控机床永磁同步伺服系统的研究

基于DSP数控机床永磁同步伺服系统的研究

论文摘要

本文针对数控机床对伺服系统提出的快速响应要求,以TI公司专用于电机控制的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)作为核心控制器件,设计了一套永磁伺服电机控制系统,其中包括:深入的探讨研究了永磁同步电机的结构特点,根据三种坐标系的变换关系,建立永磁同步电机在对应坐标系中的数学模型,为控制方案的选择打下了基础。对电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)做了详细的理论阐述和推导,并给出了基于DSP的硬件和软件的实现方法。本文采用了id=0的控制策略,介绍了控制系统软硬件结构和主要功能模块的原理及其实现方法。硬件方面主要论述了TMS320LF2407A最小系统、相电流测量电路、位置和速度测量电路以及IPM智能模块的设计和实现。在硬件的基础上,软件采用了DSP专用的C2000汇编语言,实现了转速、电流的闭环矢量控制。给出了产生SVPWM的中断处理流程图。并对程序中数据的格式处理、PI控制的数字实现、速度计算方法和正余弦函数的计算做了详细的讲解和说明。运用Matlab/Simulink仿真软件对整个系统进行仿真,得到了转矩、转速、定子电流电压的仿真波形,验证了系统设计的正确性和可行性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 交流永磁同步伺服系统研究的背景与意义
  • 1.2 永磁同步电机控制系统的发展历程
  • 1.3 交流永磁同步伺服系统国内外研究概况及发展方向
  • 1.4 本文的主要工作内容
  • 2 永磁同步电机结构及其数学模型
  • 2.1 永磁同步电动机的结构
  • 2.2 永磁伺服电动机的数学模型
  • 2.2.1 永磁同步电机在静止坐标系(UVW)上的模型
  • 2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系(α-β)上的模型方程
  • 2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系(d-q)上的数学模型
  • 3 空间矢量脉宽调制原理及其实现
  • 3.1 电压空间矢量SVPWM技术的基本原理
  • 3.1.1 电压矢量与磁链矢量的关系
  • 3.1.2 基本电压空间矢量
  • 3.1.3 磁链轨迹的控制
  • 3.1.4 t1、t2 和 t0 的计算
  • 3.1.5 扇区号的确定
  • 3.2 电压空间矢量技术的DSP实现方法
  • 3.2.1 通过软件实现电压空间矢量PWM的编程方法
  • 3.2.2 通过硬件实现电压空间矢量PWM
  • 4 永磁同步电机伺服系统硬软件实现
  • 4.1 永磁同步电机的控制策略
  • 4.2 系统硬件实现
  • 4.2.1 控制电路
  • 4.2.2 逆变电路
  • 4.2.3 相电流的检测电路
  • 4.2.4 转速、转角的检测
  • 4.3 系统软件实现
  • 4.3.1 程序结构概述
  • 4.3.2 数据格式处理
  • 4.3.3 数字PI算法
  • 4.3.4 正余弦值的计算
  • 4.3.5 速度的计算
  • 5 永磁同步电机伺服系统的MATLAB仿真
  • 5.1 MATLAB简介
  • 5.2 系统组成及其仿真
  • 5.2.1 SVPWM子模块的仿真
  • 5.2.2 系统整体仿真
  • 5.3 仿真结果
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 相关论文文献

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