永磁同步电机伺服系统设计及算法研究

论文摘要

永磁同步电机现在已经成为伺服驱动的发展方向。研究高性能,宽调速范围的永磁同步电机伺服系统,必须研究先进的控制策略和控制手段,使系统具有较强的适应性和抗干扰能力。本文的主要工作就是围绕着高性能,宽调速范围永磁同步电机伺服系统的研究而展开。本文对永磁同步电机的矢量控制原理和技术进行了分析和研究,指出矢量控制技术可以实现电机交轴和直轴之间的解耦,具有转矩控制的线性特性。能够比较平稳的输出转矩,且调速范围宽。结合伺服系统设计要求,确定系统的控制方案为矢量控制。详细分析了伺服系统各部分的构成和数学模型,根据经典PID控制理论,按照自动控制系统调节器设计方法,完成了系统的三个环节的设计,并对系统进行了仿真试验。较详细的分析了系统参数变动以及负载变化对系统各环节的影响。介绍了滑模变结构控制方法的原理,比较详细的阐述了滑模变结构控制方法的几个基本问题。利用滑模变结构控制方法与传统PID控制理论相结合的办法,对伺服系统的位置环节,速度环节进行重新设计,使得系统具有很好的鲁棒性,并进行了仿真试验。实验证明新的控制算法克服了仅采用PID控制理论设计时,系统对系统参数变化及负载变化敏感的问题。根据实验装置以及控制算法,编写控制程序。对于伺服系统的一些特殊功能如直线加减速、直流制动、参数的检测、故障的诊断及响应等进行了研究,给出了程序实现方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 交流伺服系统概况
• 1.2 永磁同步电动机伺服系统简介
• 1.3 永磁同步电动机伺服系统的发展趋势
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 永磁同步电动机的矢量控制原理
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型
• 2.2 永磁同步电动机矢量变换控制原理
• 2.2.1 矢量控制的基本思路
• 2.2.2 永磁同步电动机控制策略
• 2.3 空间电压矢量SVPWM技术的基本理论
• 2.3.1 矢量与磁链矢量的关系
• 2.3.2 基本电压空间矢量
• 2.3.3 磁链轨迹的控制
• 第三章 永磁同步伺服系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 伺服系统电流环的设计
• 3.2.1 电流控制器的设计
• 3.2.2 电压型逆变器的选择
• 3.2.3 电压型逆变器的驱动、保护与信号采样
• 3.2.4 电流环调节器的设计
• 3.3 伺服系统速度环的设计
• 3.4 伺服系统位置环的设计
• 3.5 永磁同步伺服系统参量检测与处理
• 3.5.1 永磁同步电机电流检测
• 3.5.2 永磁同步电机速度、位置检测
• 3.5.3 电机转子初始位置的确定
• 3.6 伺服系统的仿真
• 3.6.1 伺服系统仿真实现
• 3.6.2 伺服系统的仿真结果分析
• 第四章 基于滑模变结构控制的永磁同步伺服系统
• 4.1 滑模变结构控制原理
• 4.1.1 滑模变结构控制定义
• 4.1.2 滑模变结构控制的基本问题
• 4.2 滑模变结构控制器的设计步骤
• 4.3 速度环滑模变结构控制器设计
• 4.3.1 永磁同步电机数学模型的变形
• 4.3.2 确定切换函数
• 4.3.3 求取控制函数
• 4.3.4 验证滑模的存在性和稳定性
• 4.4 位置环复合滑模控制器设计
• 4.4.1 位置环滑模控制器设计
• 4.4.2 复合前馈控制器设计
• 4.5 基于滑模控制的伺服系统仿真
• 第五章 伺服系统的软件设计
• 5.1 参数确定
• 5.2 系统的主程序
• 5.3 中断子程序流程
• 5.3.1 T1定时中断子程序
• 5.3.2 中断保护子程序
• 5.4 电流、电压的计算
• 5.5 转速的计算
• 5.5.1 M法测速
• 5.5.2 改进的M法测速
• 5.6 位置计算
• 5.7 速度环相关算法的实现
• 5.7.1 加减速的平滑处理
• 5.7.2 数字滤波器的实现
• 5.8 SVPWM的DSP实现
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表论文