基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现

论文摘要

随着现代化工业生产的不断发展,伺服系统在工农业生产和航天技术等领域的应用越来越广泛.对其性能的要求也越来越高,要求伺服系统具有高速、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力及鲁棒性等。高性能微处理器DSP、智能功率模块的出现及电子器件的发展则为伺服系统的全数字化实现创造了条件。本文以TI公司推出的电机控制专用芯片—TMS320LF2407型数字信号处理器作为核心控制器件,设计了一套永磁同步电机专用控制系统,其中包括以下内容:本文首先研究了永磁同步电机数学模型,详细介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的产生以及矢量控制原理,并简要阐述了PMSM转子磁场定向矢量控制伺服系统的三闭环结构及实现策略。其次,详细介绍了基于TMS320LF2407永磁同步电机伺服控制系统的硬件结构。主要内容有主控芯片TMS320LF2407及其组成的最小系统,功率驱动模块DR15A及其接口电路(例如电流采集部分,PWM输出部分等)。最后,在TI公司DSP C2000系列集成开发环境CCS3.1开发平台下,分块设计了包括永磁同步电机矢量控制算法、SVPWM波的产生、数模转换、中断采样等系统程序。并基于Matlab/Simulink对此伺服控制系统进行计算机仿真研究,给出仿真实验波形;而在实际系统调试中进行了一系列实验,对实验结果及在实验过程中出现的问题进行了分析和讨论。实验证明该系统可以满足伺服控制系统的基本要求,对永磁同步电机伺服控制系统的设计具有参考意义,并为后续研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景
• 1.2 交流永磁同步伺服系统的基本结构和特点
• 1.2.1 交流永磁同步伺服系统的基本结构
• 1.2.2 交流永磁同步伺服系统的主要特点
• 1.3 交流永磁同步伺服系统国内外研究与发展概况
• 1.4 本课题的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 永磁同步电机的结构及数学模型
• 2.1 PMSM的结构和种类
• 2.1.1 PMSM的结构
• 2.1.2 PMSM的分类
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机的基本方程
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 dq坐标系下的永磁同步电机数学模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 永磁同步电机矢量控制及电压空间矢量脉宽调制
• 3.1 永磁同步电机的矢量控制
• 3.1.1 矢量控制的基本概念
• 3.1.2 永磁同步电机转子磁场定向矢量控制原理
• 3.2 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的实现
• 3.2.1 电压空间矢量脉宽调制基本原理
• 3.2.2 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）实现算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于DSP的永磁同步电动机伺服系统硬件设计
• 4.1 系统硬件电路整体介绍
• 4.2 主电路单元
• 4.2.1 整流电路
• 4.2.2 软启动电路
• 4.2.3 逆变电路
• 4.3 系统控制电路单元
• 4.3.1 TMS320LF2407概述
• 4.3.2 TMS320LF2407最小系统简介
• 4.4 辅助电路单元
• 4.4.1 电流信号采样电路
• 4.4.2 直流母线电压检测电路
• 4.4.3 速度与位置检测电路
• 4.4.4 驱动隔离电路
• 4.4.5 通讯接口电路
• 4.4.6 故障检测保护电路
• 4.5 抗干扰和电磁兼容问题
• 4.6 系统主控板硬件实现
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于DSP的永磁同步电机伺服系统软件设计
• 5.1 系统主程序及流程图
• 5.2 SVPWM的DSP编程方法
• 5.3 数字调节器的DSP编程算法
• 5.4 数模转换程序设计
• 5.5 定时中断程序设计
• 5.6 中断保护程序设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统的MATLAB仿真及实验结果分析
• 6.1 主要控件介绍及参数设定
• 6.2 系统仿真模型介绍
• 6.3 系统仿真结果分析
• 6.4 系统运行环境及试验结果
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢