基于DSP的永磁同步电机系统控制技术研究

发布时间：2017-03-20 20:03

  本文关键词：基于DSP的永磁同步电机系统控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文的研究对象为三相永磁同步电机,首先建立了BLDCM的数学模型,在此基础上深入研究其控制技术,同时基于坐标变换理论,建立PMSM的数学模型,并讨论基于SVPWM技术的矢量控制问题。同时,本文设计了基于TMS320F2808控制器的永磁同步电机电流、转速双闭环控制系统,并通过仿真和实验来验证相关控制性能。本文首先建立了BLDCM的数学模型,讨论了直流无刷电机的控制方法,在此基础上,着重研究了驱动器的各个软件模块,包括电流闭环处理、电机启动及换相控制、霍尔换相、低速脉动抑制和232串口通信等。在进行控制器算法设计时,基于速度误差量将电流环PID设为可变积分系数,将遇限削弱法引入PID控制,减弱了控制量超调和饱和现象。然后,基于PMSM的数学模型,本文着重分析了矢量控制和SVPWM技术在永磁同步电机伺服控制中的应用,并在MATLAB/simulink环境下搭建基于SVPWM技术的矢量控制双闭环控制系统仿真模型,在此基础上分析讨论矢量控制的实现问题。最后,本文设计了基于TMS320F808的PMSM控制器,主要包括DSP外围电路、编码器模块、霍尔模块以及三相逆变器模块等硬件部分和AD采样、中断控制、转速计算、SVPWM波形生成模块以及故障保护模块等软件部分。同时,系统可以通过232串口与上位机进行通讯,可用于设置驱动器工作模式、调试PID参数以及实时监测驱动器运行状态等。实验结果表明控制系统具有良好的动态性能和静态性能。本文研究了滑模变结构控制的原理和设计方法,分析讨论了滑模控制在直流无刷电机伺服系统中的应用,在MATLAB/simulink平台建立仿真模型。实验表明,滑模控制在抗扰动性能方面相较于传统PID控制具有明显的优势。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 SVPWM TMS320F2808 滑模控制
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究目的和意义11
• 1.2 国内外电机伺服系统研究现状及发展11-14
• 1.2.1 直流无刷电机伺服系统13
• 1.2.2 永磁同步电机伺服系统13-14
• 1.3 本文研究内容和主要工作14-15
• 第2章 直流无刷电机伺服系统设计15-36
• 2.1 实验开发平台15-17
• 2.1.1 TMS320F2808控制器15
• 2.1.2 CCS4.2 平台和仿真器15-16
• 2.1.3 IQmath库和Q格式16-17
• 2.1.4 标幺值17
• 2.2 直流无刷电机数学模型17-18
• 2.3 直流无刷电机的控制18-21
• 2.4 控制器模块设计21-27
• 2.4.1 电流闭环处理21-23
• 2.4.2 电机启动及换相控制23-24
• 2.4.3 霍尔换相去抖24-25
• 2.4.4 低速脉动抑制研究25-27
• 2.5 驱动器与PC机通信27-32
• 2.5.1 MODBUS通信协议27-30
• 2.5.2 通信调试软件30-32
• 2.6 PID控制器设计32-33
• 2.7 实验研究33-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第3章 永磁同步电机伺服系统模型及控制策略36-58
• 3.1 永磁同步电机数学模型36-42
• 3.1.1 磁链与转矩模型36-38
• 3.1.2 坐标变换原理38-42
• 3.2 永磁同步电机控制策略42-44
• 3.2.1 矢量控制42-43
• 3.2.2 直接转矩控制43-44
• 3.3 SVPWM技术44-57
• 3.3.1 PWM调制技术44-45
• 3.3.2 SVPWM技术基本原理45-51
• 3.3.3 基于SVPWM技术的矢量控制系统仿真51-55
• 3.3.4 仿真结果分析55-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 永磁同步电机闭环控制器设计58-73
• 4.1 控制器总体设计58
• 4.2 硬件部分58-65
• 4.2.1 电源模块59
• 4.2.2 复位电路59-60
• 4.2.3 编码器模块60-61
• 4.2.4 霍尔模块61-62
• 4.2.5 电流处理部分62-63
• 4.2.6 三相逆变模块63-64
• 4.2.7 RS232模块64-65
• 4.3 软件部分65-72
• 4.3.1 转速计算66-67
• 4.3.2 电流采样67-68
• 4.3.3 SVPWM模块68-71
• 4.3.4 故障保护71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 永磁同步电机的滑模控制研究73-83
• 5.1 滑模变结构控制的发展及原理73-74
• 5.2 滑模控制器设计方法74-76
• 5.2.1 常规滑模变结构控制器设计方法74-75
• 5.2.2 用趋近率设计滑模控制器75-76
• 5.3 在直流无刷电机的滑模控制76
• 5.4 仿真结果分析76-82
• 5.4.1 SMC与PID控制76-80
• 5.4.2 参数对SMC的影响80-82
• 5.5 本章小结82-83
• 总结83-85
• 参考文献85-88
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单88-89
• 致谢89

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本文编号：258343