永磁同步电机控制系统参数自整定研究
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【摘要】:随着伺服控制技术的飞速发展,在实际应用中对伺服系统的要求也越来越高。永磁同步电机(PMSM)以其体积小、高效、高可靠性、低损耗、高功率密度、快响应等优点而被广泛地应用于实际应用中,逐渐成为了伺服系统执行机构的首选之一。因此,研究高性能、适应性强的永磁同步电机伺服系统具有重大的经济和社会效益。本文主要针对永磁同步电机伺服系统控制器参数自整定展开研究,从而提高伺服系统控制器的性能。首先,介绍了伺服系统和PID参数整定方法的发展现状及其未来发展趋势,分析了永磁同步电机的结构和数学模型,通过坐标变换得到了d-q坐标系下永磁同步电机的数学模型。介绍了矢量控制的原理,并采用了id=0的矢量控制方法作为本系统的控制策略。其次,设计了永磁同步电机伺服系统电流环和速度环控制器,并分析了传统PI控制器的不足之处。为了克服传统控制器的不足之处,本文提出了速度环用模糊PI参数自整定控制器代替传统PI控制器的方法,并通过软件MATLAB/Simulink搭建了整个控制系统的仿真模型,仿真结果验证了设计控制器的有效性并为系统软件和硬件的设计提供参考。再次,利用模块化的思想,C语言为主、汇编语言为辅设计了整个控制系统的软件。主要包括主程序、定时器T1下溢中断子程序、SVPWM生成子程序、电机转子初始位置检测子程序、电机转速计算子程序、模糊PI控制子程序等设计过程,并给出了相关程序设计的流程图。最后,为了验证所设计控制器的可行性,设计了光电编码器接口电路和电流采样电路等外围电路,并利用TMS320F2812的DSP开发板、永磁同步电机、永磁同步电机驱动板搭建了控制系统的实验平台。进行了永磁同步电机伺服系统的电流环和速度环实验,得到电机的电流曲线和不同情况下的速度响应曲线。实验结果表明,本系统有较快的响应速度、较强的抗干扰能力,验证了本设计控制器的可行性,证明了该控制方法能有效提高永磁同步电机伺服系统控制器的性能。
【关键词】:永磁同步电机 矢量控制 模糊PI控制 SVPWM DSP
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM341
【目录】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-13
- 第一章 绪论13-20
- 1.1 课题的研究背景及意义13-14
- 1.2 永磁同步伺服系统的简介14-17
- 1.2.1 伺服系统控制策略的介绍14-16
- 1.2.2 永磁同步伺服系统的发展趋势16-17
- 1.3 PID参数自整定的研究现状17-18
- 1.3.1 PID参数常规整定方法17-18
- 1.3.2 PID参数智能整定方法18
- 1.4 本课题研究的主要内容18-20
- 第二章 永磁同步电机的数学模型及控制20-28
- 2.1 永磁同步电机的基本机构与分类20-21
- 2.2 永磁同步电机的数学模型21-25
- 2.2.1 坐标变换23-24
- 2.2.2 永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型24-25
- 2.3 永磁同步电机的矢量控制原理25-27
- 2.4 本章小结27-28
- 第三章 永磁同步电机控制系统的设计与仿真28-49
- 3.1 电流控制器的设计28-34
- 3.1.1 电流环参数设计28-29
- 3.1.2 SVPWM算法29-34
- 3.2 速度控制器的设计34-41
- 3.2.1 常规速度环PI控制器设计34-35
- 3.2.2 模糊PI控制器设计35-41
- 3.3 系统仿真研究41-48
- 3.3.1 电流环系统仿真41-42
- 3.3.2 速度环系统仿真42
- 3.3.3 控制系统仿真结果分析42-48
- 3.4 本章小结48-49
- 第四章 控制系统软件设计49-57
- 4.1 系统软件的总体结构49-50
- 4.2 下溢中断子程序的设计50-56
- 4.2.1 SVPWM生成子程序51-52
- 4.2.2 电机转子初始位置检测子程序52-54
- 4.2.3 电机转子位置和转速计算子程序54
- 4.2.4 模糊PI自整定子程序54-56
- 4.3 定点DSP的数据格式处理56
- 4.4 本章小结56-57
- 第五章 控制系统的硬件设计及实验结果分析57-69
- 5.1 控制系统整体硬件组成57-58
- 5.2 DSP控制器及其外围接口电路58-63
- 5.2.1 F2812控制板介绍58
- 5.2.2 功率驱动板介绍58-59
- 5.2.3 电源模块59-60
- 5.2.4 通信接口电路60
- 5.2.5 光电编码器接口电路60-62
- 5.2.6 电流采样电路62-63
- 5.3 系统实验结果与分析63-68
- 5.3.1 控制系统实验设备63
- 5.3.2 电流环实验63-66
- 5.3.3 速度环实验66-68
- 5.4 本章小结68-69
- 总结与展望69-71
- 参考文献71-75
- 攻读硕士期间发表的论文75-77
- 致谢77
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