基于新型死区补偿的永磁同步电机伺服系统的研究与设计

发布时间：2017-06-20 23:10

  本文关键词：基于新型死区补偿的永磁同步电机伺服系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着芯片运算能力的提高和新型的功率开关管的广泛使用,以永磁同步电机(PMSM)作为控制对象的交流伺服控制系统正被大量应用。并逐步形成高端伺服产品的主导系统。尤其是在对要求工件加工精度高、生产效率高效,以及产品高质量的生产环境中,交流伺服控制系统占有十分独到的使用优势。当代伺服控制系统将向着全数字化、精确度更高、动态响应速度更快和性能更强、使用更便利的趋势发展。本文将PMSM作为驱动器的控制对象,阐释了其在三种坐标系下的动态数学模型和矢量控制算法的理论和原理,以及不同电流控制方式的技术优势。结合空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM),进行了伺服驱动器设计、模型搭建和系统仿真。本文重点研究了伺服系统中经常出现的死区效应影响问题,对SVPWM伺服系统死区效应的原理和影响进行了分析。由于常用的平均死区时间补偿技术是依据参考电压的伏秒面积与经过补偿后的伏秒面积相等为标准,存在难以准确得到相电流极性的问题,导致会出现误补偿。本文以死区效应对输出电压电流影响为根本,提出了一种低成本高效的死区时间补偿策略。论文以理论分析和模型仿真为基础,实现了硬件结构和程序软件的设计。硬件上以TMS320F2801DSP为主要的处理芯片,构成了三闭环交流伺服驱动器,并给出了控制电路、电流和速度信号调理电路、驱动主电路等部分的分析和设计。程序软件开发基于CCS6.0的平台,重点阐释了主程序、斩波中断服务子函数等部分。论文最后在基于TMS320F2801的数字信号处理芯片上研发的伺服驱动器上测试软件和算法。结果证明了算法的正确性,该系统具有较好的静、动态性能,成功地减小了死区时间引起的电流畸变,并且消除了零电流钳位现象对电机运行的影响。在工程实际应用中,该死区补偿方法极大的降低了电机运行中的震动现象,增加了伺服系统可调刚性范围。
【关键词】：死区补偿 死区效应 矢量控制策略 DSP
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TM921.541
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 伺服系统的国内外研究现状及发展趋势12-18
• 1.2.1 永磁伺服系统的国内外研究现状12-16
• 1.2.2 永磁伺服系统的发展趋势16-18
• 1.3 伺服系统死区补偿研究意义及现状18-19
• 1.3.1 死区补偿研究目的和意义18
• 1.3.2 死区补偿国内外研究现状18-19
• 1.4 本文的主要工作和研究内容19-21
• 第二章 永磁同步电机的数学模型21-29
• 2.1 永磁同步电机简介21
• 2.2 永磁同步电机的结构及分类21-22
• 2.3 永磁同步电机的数学模型22-23
• 2.4 矢量坐标变换23-28
• 2.4.1 Clark变换及其逆变换24-25
• 2.4.2 Park变换及其逆变换25-26
• 2.4.3 PMSM在两相静止α-β坐标系下的数学模型26
• 2.4.4 PMSM在两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型26-27
• 2.4.5 死区补偿电压矢量公式27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 永磁同步电机空间矢量调制控制策略29-43
• 3.1 矢量控制原理29-30
• 3.2 电流控制方式选择30
• 3.3 空间电压矢量脉宽调制原(SVPWM)30-36
• 3.3.1 空间矢量的定义31
• 3.3.2 电压与磁链的关系31-32
• 3.3.3 基准电压空间矢量32-33
• 3.3.4 电压空间矢量线性组合33
• 3.3.5 电压矢量扇区的判断33-36
• 3.4 电压空间矢量调制法系统仿真模型36-39
• 3.5 仿真结果分析39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 基于伺服驱动系统的新型死区时间补偿算法设计43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 死区效应分析43-46
• 4.3 死区效应对输出转矩的影响46
• 4.4 常见的死区补偿方法46-49
• 4.4.1 硬件补偿法47-48
• 4.4.2 软件补偿法48-49
• 4.5 改进型死区补偿方法49
• 4.6 电流极性判断49-51
• 4.7 本章小结51-53
• 第五章 实验测试结果与分析53-57
• 5.1 实验测试平台53
• 5.2 测试结果和分析53-56
• 5.3 结论56-57
• 第六章 基于DSP的伺服驱动系统软、硬件设计57-69
• 6.1 系统总体硬件结构57-58
• 6.2 DSP控制器选型58-59
• 6.3 位置检测电路设计59-60
• 6.4 外部信号采集、转化电路设计60-61
• 6.5 门级驱动电路设计61-63
• 6.6 软件设计功能分析63-64
• 6.7 软件主程序64
• 6.8 斩波中断服务子函数64-67
• 6.9 本章小结67-69
• 第七章 总结和展望69-71
• 7.1 总结69-70
• 7.2 研究展望70-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录A 攻读硕士学位期间的科研成果77

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