采用永磁同步电机的伺服系统研究

采用永磁同步电机的伺服系统研究

论文摘要

伺服技术是自动化学科及工业生产领域重要的分支。随着电力电子技术、微电子学和传感技术的惊人发展,尤其是先进控制策略的成功应用,交流伺服系统取得了举世瞩目的发展。其中永磁同步电机(PMSM)又以其高效、高转矩电流比和低惯量等优点,成为交流伺服系统最佳的执行机构。在这种背景下,本文对以美国TI公司的TMS320F2812DSP芯片作为控制器,采用永磁同步电机的交流速度伺服系统进行了研究。首先,本文结合大量的文献资料,简单而全面地回顾了交流伺服系统的发展过程,分析了发展现状,并对其未来的发展方向做出展望。然后对永磁同步电机的数学模型以及交流速度伺服系统基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的矢量控制原理进行分析。最后,分别提出了交流永磁同步电机速度伺服系统的软硬件设计方案。其中,硬件部分主要介绍了系统主电路、系统微控制器、采样电路、硬件保护电路的设计方案。软件部分主要阐述了程序设计思想,介绍了主程序,中断服务程序以及各功能子模块的原理和实现方法。功能子模块包括:SVPWM子程序,电流采样子程序,位置转速测定子程序,坐标变换与数字PI控制器子程序。最后在MATLAB/SIMULINK环境下,对系统进行了仿真。仿真结果表明系统具有良好的动静态性能,满足伺服控制系统要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题背景及研究意义
  • 1.2 国内外发展现状及发展趋势
  • 1.2.1 交流伺服系统的发展及现状
  • 1.2.2 交流伺服系统的发展趋势
  • 1.3 交流伺服系统特点及性能要求
  • 1.4 论文研究的主要内容
  • 第2章 永磁同步电机及控制策略
  • 2.1 永磁同步电机的结构
  • 2.2 永磁同步电机的数学模型
  • 2.3 交流伺服系统的几种主要控制策略
  • 2.3.1 基于稳态模型的控制策略
  • 2.3.2 基于动态模型的控制策略
  • 2.3.3 不依赖对象数学模型的控制策略
  • 2.4 永磁同步电机伺服系统的矢量控制
  • 2.4.1 Clarke变换及Park变换
  • d=0控制原理介绍'>2.4.2 id=0控制原理介绍
  • 2.4.3 控制系统结构及原理
  • 2.4.4 空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 伺服系统硬件电路设计
  • 3.1 系统硬件总体结构
  • 3.2 系统主电路
  • 3.2.1 整流电路
  • 3.2.2 逆变电路
  • 3.3 系统微控制器
  • 3.3.1 DSP2812介绍
  • 3.3.2 电源电路设计
  • 3.3.3 晶振电路
  • 3.3.4 电平转换电路
  • 3.4 系统采样电路
  • 3.4.1 位置和转速检测电路设计
  • 3.4.2 电流检测电路设计
  • 3.5 硬件保护电路
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 永磁同步电机伺服系统的软件实现
  • 4.1 DSP软件系统开发环境介绍
  • 4.2 DSP的C语言编程与Q格式的使用
  • 4.3 系统主程序的设计
  • 4.4 定时器下溢中断子程序
  • 4.4.1 SVPWM子程序模块
  • 4.4.2 电流采样子程序模块
  • 4.4.3 位置和转速测定子程序
  • 4.4.4 坐标变换与PI控制器
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 系统仿真实验
  • 5.1 仿真工具介绍
  • 5.2 伺服系统仿真模型的建立
  • 5.2.1 电机模型
  • 5.2.2 坐标变换模块
  • 5.2.3 SVPWM模块
  • 5.2.4 PMSM伺服系统矢量控制闭环系统模型
  • 5.3 仿真结果分析
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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