永磁同步电机伺服系统设计与实现

论文摘要

近年来,永磁同步电机以其结构简单、高效率、高功率密度等优点,有效的拓展了交流伺服系统在高精、高速、大力矩输出等工业领域场合中的应用。本文基于此背景,将模糊控制技术与空间矢量控制技术相结合,研究了永磁同步电机的仿真控制系统。从硬件制作与软件设计两方面,详细讨论了该系统的实现方法。首先,本文对永磁同步电机的数学模型进行了详细的分析。从解耦控制的思想出发,深入研究了空间矢量控制技术的工作原理。为了提高系统性能,本文设计了具有参数自整定功能的模糊PID控制器,并将其应用到永磁同步电机伺服系统的仿真模型中,对比经典的PID控制策略,分析了其控制效果。其次,对整套伺服系统的硬件电路进行了设计与调试。将该系统进行了功能划分,制作了系统控制电路、角度检测电路、驱动保护电路。系统控制电路以TMS320F2812为核心控制器件。角度检测电路则通过AD2S80A轴角变换器解耦出旋转变压器角位置。驱动保护电路选用IR2136驱动三相逆变桥路。整个硬件系统通过霍尔电流传感器以及AD976A得到电机的相电流值,对电路中的各路模拟信号进行了放大、校正、保护等操作。最后,本文详细研究了伺服系统的软件实现方案。介绍了CCS2.2软件开发环境,对该软件中的各种文件类型的功能及编程技巧进行了讨论。本文结合IQmath库函数的特性,在定点DSP2812上实现浮点数的编程运算。对整个软件程序所包含的主程序、中断程序、子程序、宏函数的系统功能、流程图、编程思路以及调试方法进行了详尽的介绍。实验结果表明系统调试成功并且运行平稳,验证了整套伺服系统设计的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 交流伺服系统发展概括
• 1.3 永磁同步电机发展概况
• 1.4 PMSM伺服系统的研究方向
• 1.4.1 PMSM结构与电磁材料的研究
• 1.4.2 智能功率模块的研究
• 1.4.3 电机控制理论的研究
• 1.4.4 无角位置传感器检测技术的研究
• 1.5 论文主要研究内容与章节安排
• 第2章 PMSM的数学模型及矢量控制技术
• 2.1 PMSM的数学模型
• 2.1.1 abc坐标系下PMSM的数学模型
• 2.1.2 坐标系变换原理
• 2.1.3 dq坐标系下PMSM的数学模型
• 2.2 PMSM的电流控制策略
• 2.3 空间矢量控制算法原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 PMSM伺服系统模糊控制与仿真
• 3.1 PMSM伺服系统控制器的设计
• 3.1.1 抗积分饱和PID控制器的设计
• 3.1.2 模糊PID控制器的设计
• 3.2 PMSM伺服系统的模型仿真
• 3.2.1 仿真实验平台的搭建
• 3.2.2 仿真实验的结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 PMSM伺服系统硬件设计与调试
• 4.1 系统的硬件实现方案
• 4.2 系统控制电路的设计与调试
• 4.2.1 DSP2812 电源电路模块
• 4.2.2 AD976A电路模块
• 4.2.3 片选电路模块
• 4.3 驱动保护电路的设计与调试
• 4.3.1 逆变器电路模块
• 4.3.2 逆变器驱动电路模块
• 4.4 角度检测电路的设计与调试
• 4.4.1 激磁电路模块
• 4.4.2 幅相调节电路模块
• 4.4.3 AD2S80A 电路模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 PMSM伺服系统软件设计与调试
• 5.1 CCS2.2 开发环境的总体介绍
• 5.1.1 CCS2.2 的窗口组成及文件管理
• 5.1.2 IQmath的运用
• 5.2 主程序的设计与调试
• 5.3 中断服务程序、子程序和宏函数的设计与调试
• 5.3.1 中断程序的设计与调试
• 5.3.2 子程序及宏函数的设计与调试
• 5.4 实验调试的结果与分析
• 5.4.1 系统硬件调试
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢