基于DSP的PMSM伺服系统关键技术研发

论文摘要

随着各行各业对伺服系统需求的日益增大,对其性能也提出了更高的要求。永磁交流伺服系统作为数控机床、工业机器人等的驱动装置,随着现代控制技术和先进的电子元器件的发展达到了很高的水平。本文首先阐述了伺服系统的发展历程,并对交流伺服系统的分类、国内外发展现状以及发展趋势进行了综述。在研究了永磁同步电机的物理结构和工作原理的基础上,根据转子磁场定向理论,建立了永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型。然后,对永磁同步电机的伺服控制技术进行了深入研究,确定了本文采用id =0的控制策略。在此基础上,采用基于空间矢量PWM技术实现伺服电机驱动器的逆变控制,建立了永磁同步电机的仿真模型。在掌握了永磁同步电机的控制原理的基础上,本文开发了永磁同步电机控制系统的硬件系统和软件系统。硬件系统以飞思卡尔公司DSP56F8356为控制核心,产生PWM波和接受编码器信号;以三菱公司智能功率模块（IPM）PS21865为功率变换装置,实现电流逆变和故障保护;应用光电编码器实现了转子位置精确定位,并得到速度反馈值;应用霍尔电流传感器ACS712实现电流反馈,得到电流反馈值。系统集成度高,方便地实现数字化控制。软件系统借鉴了嵌入式操作系统的设计方法。本文开发了永磁同步电机伺服系统的主程序模块和中断程序模块;在CodeWarrior IDE下实现了永磁同步电机的伺服控制算法,并结合硬件平台进行实验调试,得出了实验结果。实验结果证明,本控制系统具有实际意义和良好的应用前景。最后对本课题的研究工作作了总结,并提出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状及发展
• 1.2.1 伺服系统发展历程
• 1.2.2 交流伺服系统分类
• 1.2.3 交流伺服系统的发展现状
• 1.2.4 交流伺服系统的发展趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 永磁同步电机及其控制方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机的基本构成和工作原理
• 2.2.1 永磁同步电机的基本构成
• 2.2.2 永磁同步电机的工作原理
• 2.3 永磁同步电机的数学模型的建立
• 2.3.1 永磁同步电机的坐标变换
• 2.3.2 永磁同步电机在d-q 坐标系下的数学模型
• 2.4 永磁同步电机的矢量控制
• 2.4.1 矢量控制基本原理
• 2.4.2 永磁同步电机的矢量控制方法
• 2.5 基于SVPWM 的永磁同步电机转子磁场定向控制
• 2.5.1 电压空间矢量（SVPWM）基本原理
• 2.5.2 基于SVPWM 的转子磁链定向控制
• 2.5.3 永磁同步电机的矢量控制技术实现
• 2.6 本章小结
• 第三章 永磁同步电机伺服控制系统的仿真研究
• 3.1 MATLAB/SIMULINK 简介
• 3.2 电机控制系统仿真模型的建立
• 3.2.1 坐标变换仿真模块
• 3.2.2 转子磁链观测模块
• 3.2.3 SVPWM 仿真模块
• 3.2.4 永磁同步电机伺服控制系统仿真模型
• 3.3 仿真试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 永磁同步电机控制系统的硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 伺服控制系统硬件总体结构
• 4.3 DSP 主控板
• 4.3.1 DSP 控制核心
• 4.3.2 DSP56F8356 主要功能模块
• 4.3.3 DSP 控制板设计
• 4.4 功率驱动板
• 4.4.1 逆变器主电路
• 4.4.2 电流检测电路
• 4.4.3 直流母线电压检测电路
• 4.4.4 故障保护电路
• 4.4.5 放电电路
• 4.5 其他辅助模块
• 4.6 抗干扰措施
• 4.6.1 干扰源
• 4.6.2 抗干扰措施
• 4.7 本章小结
• 第五章 永磁同步电机控制系统的软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件开发平台（IDE）简介
• 5.2.1 CodeWarrior IDE 简介
• 5.2.2 处理器专家接口（PEI）简介
• 5.3 系统软件的总体结构
• 5.3.1 主程序模块
• 5.3.2 中断程序模块
• 5.3.3 主要函数介绍
• 5.4 实验和结果分析
• 5.4.1 试验设计
• 5.4.2 试验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文