永磁同步电机交流伺服控制系统的设计

发布时间：2017-08-22 21:38

  本文关键词：永磁同步电机交流伺服控制系统的设计

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【摘要】：随着我国制造业的发展,中国被国际社会称为“世界工厂”,再加之伺服控制系统在制造业中重要的地位,国内已有大量的工科院校、自动化研究所以及相关企业致力于伺服控制系统的研究。永磁同步电机由于其自身优越的性能,相对低廉的价格逐渐作为被控对象成为伺服系统中的主力军。从研究的起步至今,虽然我国在这一领域的技术愈来愈成熟,但是相比欧美等发达国家还是有明显的差距,为了追随发达国家的脚步,这要求更多的从业人员投身于该领域的研究当中。性能优越的伺服系统不仅在制造业,甚至是国防、航空航天均意义重大。针对这一情况,本文首先分析了欧美等发达国家在该领域的研究现状,并结合国内研究的情况,初步确定了本文的研究方向；接着建立了永磁同步电机的数学模型并进行了详细的分析,从而确定本系统的控制策略(矢量控制),根据矢量控制的基本原理,结合数学坐标变换(Clark、Park等)给出了系统矢量控制的总体方案；随后详细的介绍了对矢量控制能否成功实现起决定性作用的SVPWM的原理及其调制方法；为了提高系统的控制精度,设计了模糊自适应PI控制器完成对系统的三闭环控制；之后完成了系统软硬件的设计,主要包括系统核心控制板、主功率电路的设计以及初始化主程序、中断服务子程序的设计,并且在Simulink中对系统各设计方案进行了仿真实验,验证了方案的正确性；最后,根据设计方案,搭建交流伺服控制系统实验平台,并且进行现场实验。实验结果表明,本文设计的永磁同步电机交流伺服控制系统跟踪精度高,响应速度快且运行平稳,具有良好的应用前景。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制策略 伺服控制系统 模糊控制
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;TM921.541
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 伺服系统国内外研究现状10
• 1.3 伺服系统的发展趋势10-11
• 1.4 论文的主要研究内容及章节安排11-13
• 2 永磁同步电机矢量控制策略13-24
• 2.1 永磁同步电机的结构13
• 2.2 永磁同步电机的数学模型13-17
• 2.2.1 电机的坐标系13-14
• 2.2.2 ABC坐标系中的数学模型14-15
• 2.2.3 dq坐标系中的数学模型15-17
• 2.3 矢量控制策略17-19
• 2.3.1 矢量控制的基本原理17
• 2.3.2 矢量控制的方式17-19
• 2.4 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)19-22
• 2.4.1 空间矢量脉宽调制技术原理19
• 2.4.2 空间矢量脉宽调制技术的实现19-22
• 2.5 本章小结22-24
• 3 伺服系统数字控制器的设计24-39
• 3.1 PID控制策略24-26
• 3.1.1 经典PID控制原理24-25
• 3.1.2 数字PID控制策略25-26
• 3.1.3 PID控制器参数整定26
• 3.2 模糊逻辑理论及其控制系统的设计方法26-31
• 3.2.1 模糊逻辑理论(Fuzzy Theory)26-28
• 3.2.2 模糊控制系统及其设计方法28-31
• 3.3 模糊自适应PI控制器设计及仿真实验31-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 永磁同步电机交流伺服控制系统设计39-56
• 4.1 系统总体硬件结构39
• 4.2 TMS320F2812主控芯片简介39-41
• 4.3 系统核心控制电路设计41-45
• 4.3.1 系统核心控制电路总体结构41
• 4.3.2 电源电路41-42
• 4.3.3 外扩RAM电路42-43
• 4.3.4 复位与晶振电路43-44
• 4.3.5 仿真接口电路(JTAG)44
• 4.3.6 串口通信电路(Serial Communication Interface)44-45
• 4.4 主功率电路45-50
• 4.4.1 主功率电路总体结构45-46
• 4.4.2 整流滤波电路46
• 4.4.3 逆变电路46-48
• 4.4.4 光耦隔离电路48-49
• 4.4.5 制动电路49
• 4.4.6 辅助电源电路49-50
• 4.5 检测电路设计50-52
• 4.5.1 电流检测电路50-51
• 4.5.2 位置及速度检测电路51-52
• 4.6 系统软件设计52-55
• 4.7 本章小结55-56
• 5 系统的仿真实验56-66
• 5.1 空间矢量脉宽调制技术的仿真实验56-59
• 5.2 系统整体仿真结果及分析59-65
• 5.2.1 空载减速仿真实验62-63
• 5.2.2 突加负载仿真实验63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 系统的调试及实验66-72
• 6.1 实验及结果分析66-71
• 6.2 本章小结71-72
• 7 总结与展望72-75
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-75
• 参考文献75-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77-78
• 致谢78-80

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本文编号：721109