基于DSP的永磁无刷直流电机伺服控制系统设计

发布时间：2017-08-11 19:29

  本文关键词：基于DSP的永磁无刷直流电机伺服控制系统设计

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【摘要】：随着电力电子技术、微处理器(DSP)技术和现代控制理论的发展,伺服系统应用日益广泛。无刷直流电机作为伺服电机的一种,既具备普通交流异步电机结构简单、易于控制、维护方便可靠等特点,又继承了直流电机高效率、调速性能好以及没有励磁损耗等优点,是伺服控制的理想控制对象。本文首先以永磁无刷直流电机的结构和基本工作原理为起点,分析了其数学模型,并讨论了电机的传统常规控制方法及其不足之处,由此引入小脑模型神经网络控制算法,确立了使用电流环和速度环调节控制的控制策略,其中电流环采用了常规PI调节,为了提高精度和跟随响应性能,在速度环采用了CMAC与PID复合调节,并借助MATLAB平台建立模型对算法进行了仿真,并与常规的只用PID控制进行比较,仿真结果显示,复合调节的性能较常规PID控制具有更好的抗干扰性和更短的响应速度。其次,设计了以TMS320F28035为核心的整个硬件系统,包括DSP主芯片及其外围电路,在驱动板设计方面,包含了功率驱动电路,信号检测接口电路及故障保护电路,设计过程中对用到的模块和元器件进行了分析选型,在整个硬件系统的设计中还考虑了过压、过流保护,增强了系统的可靠性。最后,借助CCS环境对系统进行了软件设计,在理论和仿真分析的基础上对伺服控制系统软件设计进行了阐述,包括主程序、位置捕获中断、通信中断、电流环和速度环算法的实现以及故障保护中断等,并绘制出了程序运行流程图。在完成上述工作后,通过硬件和软件联合调试方式进行了电机运行实验,并采集了运行时的实验波形,从实验结果中可以看出伺服系统具有良好的动静态性能,具备较宽的调速范围,为该系统的深入研究和实际应用奠定基础。
【关键词】：伺服系统 无刷直流电机 CMAC PID DSP
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33;TM921.541
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-12
• 1.3 研究内容12-14
• 第二章 永磁无刷直流电机的结构原理及数学模型14-25
• 2.1 永磁无刷直流电机本体结构14-15
• 2.2 无刷直流电机基本控制原理15-19
• 2.3 无刷直流电机系统数学模型19-24
• 2.3.1 电压方程19-21
• 2.3.2 反电势和电磁转矩表达式21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 智能控制算法研究与仿真分析25-46
• 3.1 PID控制算法25-29
• 3.2 CMAC控制算法29-34
• 3.2.1 CMAC的实现步骤31-33
• 3.2.2 CMAC参数的的确定33-34
• 3.3 伺服系统整体控制策略34-38
• 3.3.1 速度环控制35-37
• 3.3.2 电流环控制37-38
• 3.4 伺服系统仿真模型的搭建38-42
• 3.4.1 速度环模块38-39
• 3.4.2 电流环模块39-40
• 3.4.3 逆变器模块40-41
• 3.4.4 电机模块41
• 3.4.5 测量模块41-42
• 3.5 伺服系统仿真结果与分析42-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 基于DSP的伺服控制系统硬件设计46-59
• 4.1 硬件系统总体构成46-47
• 4.2 DSP控制板的设计47-53
• 4.2.1 DSP控制核心—TMS320F2803547-49
• 4.2.2 稳压电路设计49-50
• 4.2.3 上位机通信电路设计50-51
• 4.2.4 EEPROM电路设计51-52
• 4.2.5 CAN电路设计52
• 4.2.6 其它外设电路52-53
• 4.3 驱动板设计53-57
• 4.3.1 驱动器DRV830153-55
• 4.3.2 功率开关电路55-56
• 4.3.3 电压和电流检测电路56-57
• 4.3.4 位置传感器接口电路57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 基于DSP的伺服控制系统软件设计59-66
• 5.1 软件系统总体结构59
• 5.2 主程序部分59-61
• 5.2.1 系统初始化59-60
• 5.2.2 外设模块初始化60
• 5.2.3 电机初始化60-61
• 5.3 中断程序部分61-65
• 5.3.1 位置捕获中断程序61-62
• 5.3.2 闭环调节中断程序62-63
• 5.3.3 串口通信中断程序63-64
• 5.3.4 故障保护中断程序64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 实验与结果分析66-72
• 6.1 实验装置66-68
• 6.1.1 实物装置66-67
• 6.1.2 软件装置67-68
• 6.2 结果分析68-71
• 6.2.1 PWM输出和传感器输出波形分析68-69
• 6.2.2 三相电压和电流输出波形分析69-70
• 6.2.3 转速输出波形分析70-71
• 6.3 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间完成的科研情况79

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