基于DSP的电机控制平台的设计与开发

发布时间：2017-05-11 02:09

  本文关键词：基于DSP的电机控制平台的设计与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在工业控制领域中,例如在运动控制过程中,速度与位置要保证高度的精确性,电机控制技术显得尤为重要。随着各种微控制器的出现,电机的数字控制成为主流,并且硬件的高度集成以及模块化成为今后的发展趋势。本课题将DSP技术应用到电机控制中,建立电机控制级平台,设计了电机控制平台的总体结构,在此基础上以DSP控制器为核心,建立了电机控制平台的硬件,实现了以直流电机为驱动的单级旋转倒立摆控制及永磁同步电机(PMSM)的高性能矢量控制,但并不局限于对上述电机的控制,本系统同样可以为其他类型电机控制提供有效的理论和实际验证平台。在实现上述两种电机控制的基础上,对PMSM无速度传感器控制进行了Matlab仿真研究,基于模型参考自适应(MRAS)方法搭建了Simulink仿真模型,为今后无速度传感器控制在电机控制平台上的实现奠定了基础。论文首先介绍了电机控制的发展现状,以TI公司DSP2812为主控制器设计了硬件系统,包括驱动板,控制板,电源模块,信号处理模块等,其次针对倒立摆系统和永磁同步电机矢量控制系统编写了相应的软件,包括ADC电流采样程序,计算转速程序,采用PID算法处理速度环和电流环,PWM波形生成程序等,通过对系统调试得出的实测数据和波形表明,控制过程稳定,效果良好。最后对PMSM无速度传感器控制进行了Matlab仿真研究,通过推导PMSM的电流模型,结合波波夫超稳定理论得出了电机转速的自适应率,基于MRAS方法搭建了Simulink仿真模型,仿真结果表明该方法的有效性,为今后在DSP上实现无传感器控制算法奠定了基础。
【关键词】：直流电机 DSP2812 旋转倒立摆 永磁同步电机 矢量控制 模型参考自适应
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM301.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 1 绪论13-16
• 1.1 课题研究的背景及意义13
• 1.2 国内外发展状况13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 2 旋转倒立摆控制与永磁同步电机矢量控制16-27
• 2.1 直流电机的数学模型16-17
• 2.2 倒立摆机械模型17
• 2.3 倒立摆控制总体框图17-18
• 2.4 坐标变换18-20
• 2.5 永磁同步电机数学模型20-21
• 2.6 空间电压矢量PWM控制技术(SVPWM)21-25
• 2.6.1 判断合成电压矢量us所在的扇区23-24
• 2.6.2 相邻电压矢量的作用时间的计算24
• 2.6.3 SVPWM的产生24-25
• 2.7 矢量控制策略25-26
• 2.8 永磁同步电机矢量控制硬件结构图26
• 2.9 本章小结26-27
• 3 电机控制平台的硬件设计27-34
• 3.1 电机控制平台的总体设计27-28
• 3.2 电机控制平台硬件电路设计28
• 3.3 电机控制板电路设计28-30
• 3.3.1 TMS320F2812介绍28-29
• 3.3.2 电平转换电路29
• 3.3.3 信号调理电路29-30
• 3.4 电机驱动板电路设计30-33
• 3.4.1 功率回路设计31
• 3.4.2 母线电压采集电路31-32
• 3.4.3 过压保护电路32
• 3.4.4 相电流采集电路32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 系统软件设计34-49
• 4.1 倒立摆系统的软件设计34-40
• 4.1.1 系统流程图34
• 4.1.2 摆杆的倒立状态检测34-35
• 4.1.3 PID算法介绍35
• 4.1.4 直流电机位置伺服控制35-36
• 4.1.5 摆杆的倒立稳定控制36-37
• 4.1.6 倒立摆自起摆控制37
• 4.1.7 测试方案与测试结果37-40
• 4.2 永磁同步电机矢量控制软件设计40-47
• 4.2.1 程序流程图40-41
• 4.2.2 下溢中断程序41-42
• 4.2.3 转子初始位置定位42-43
• 4.2.4 电机转速的计算43
• 4.2.5 电机电角度与机械角度的计算43
• 4.2.6 转速和电流PI调节器设计43-45
• 4.2.7 SVPWM的产生45-46
• 4.2.8 测试结果46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 5 永磁同步电机无速度传感器仿真研究49-57
• 5.1 模型参考自适应(MRAS)方法49-50
• 5.2 永磁同步电机自适应率50-53
• 5.3 基于MRAS永磁同步电机无传感器Matlab仿真分析53-55
• 5.4 仿真结果55
• 5.5 本章小结55-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-62
• 发表论文情况62-63
• 致谢63-64

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