基于XMC4500的永磁同步电机伺服系统实现技术研究

发布时间：2017-10-28 08:27

  本文关键词：基于XMC4500的永磁同步电机伺服系统实现技术研究

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【摘要】：交流伺服控制技术是工业自动化中的关键核心技术。伴随着电机制造工艺的大幅提升、现代控制理论的日趋完善、高速微控制器的更新换代、功率半导体器件的模块化与智能化,工业控制领域对于高精度交流伺服系统的性能提出了更高的要求。本课题以单轴伺服转台的驱动为应用背景,设计并实现了基于英飞凌32位单片机XMC4500的永磁同步电机矢量控制伺服系统。首先,借助于坐标变换,建立了永磁同步电机在A-B-C、d-q、α-β三种坐标系下的数学描述。将d-q旋转坐标系按转子磁链定向,得到等效的直流电机模型,针对内置式PMSM采取?0di的矢量控制策略。随后,阐述了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理,对SVPWM实现的具体步骤给出了详细的推导和论述,并利用MATLAB搭建了转速电流双闭环系统的Simulink模型,通过仿真以验证矢量控制的正确性和SVPWM方法的合理性。其次,在系统建模和仿真验证的基础上,完成了永磁同步电机矢量控制伺服系统的软硬件实验平台,遵循模块化、自顶向下的设计原则,将整体电路细分为若干个电路模块,包括整流、滤波、泄放、隔离、驱动、逆变等核心功率电路,以及电流/电压检测、故障监测及保护、旋变位置解调等外围功能电路,设计了以英飞凌IGBT模块FS20R06VE3为核心的驱动板和以英飞凌32位微控制器XMC4500为核心的控制板。在位置检测环节,利用XMC4500内部集成的DSD(Delta-Sigma Demodulator)模块取代了成本高昂的专用旋变解码芯片,实现了双通道旋转变压器位置值的解算、粗精通道数据组合和纠错判断。然后,软件设计方面,在英飞凌Dave3开发环境下,设计完成了主程序、中断程序与功能子程序的流程图,利用C语言实现系统软件的程序编写和调试。最后,对搭建的软硬件实验平台在单轴伺服转台上进行了测试,通过系统开环、电流闭环及速度闭环等一系列实验,将实验结果与仿真结果分析比对,验证了本系统电流与转速双闭环控制的预期设计要求。
【关键词】：交流伺服系统 XMC4500 SVPWM DSD 双通道旋转变压器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及目的10-11
• 1.2 交流伺服技术国内外研究现状11-20
• 1.2.1 永磁同步电机12-13
• 1.2.2 功率半导体器件13-14
• 1.2.3 微控制器14-15
• 1.2.4 位置检测15-16
• 1.2.5 矢量控制16-19
• 1.2.6 SVPWM原理19-20
• 1.3 本文章节安排20-21
• 第2章PMSM数学模型及SVPWM技术21-45
• 2.1 引言21
• 2.2 坐标变换21-23
• 2.3 永磁同步电机数学模型23-26
• 2.3.1 三相静止坐标系下数学模型23
• 2.3.2 两相静止坐标系下数学模型23-25
• 2.3.3 两相旋转坐标系下数学模型25-26
• 2.4 双闭环矢量控制系统总体结构26-27
• 2.5 SVPWM原理27-35
• 2.5.1 磁链与电压空间矢量27-28
• 2.5.2 基本电压矢量的空间分布28-30
• 2.5.3 期望电压矢量的合成与作用时间的计算30-32
• 2.5.4 期望电压矢量所在扇区的判断32
• 2.5.5 非零基本矢量与零矢量的作用顺序32-33
• 2.5.6 SVPWM生成33-35
• 2.6 死区时间的加入35-36
• 2.7 矢量控制系统仿真36-44
• 2.7.1 各子模块模型36-39
• 2.7.2 启动特性39-41
• 2.7.3 突加负载41-43
• 2.7.4 仿真结果分析43-44
• 2.8 本章小结44-45
• 第3章 系统硬件设计45-60
• 3.1 引言45
• 3.2 硬件总体设计方案45-46
• 3.3 功率板硬件设计46-56
• 3.3.1 整流滤波电路46-47
• 3.3.2 泄放电路47-48
• 3.3.3 隔离电路48-49
• 3.3.4 驱动电路49-50
• 3.3.5 逆变电路50-51
• 3.3.6 电流检测51-52
• 3.3.7 电压检测52-53
• 3.3.8 旋变位置解调53-54
• 3.3.9 故障监测及保护54-56
• 3.4 控制板电路设计56-59
• 3.4.1 电源管理56-57
• 3.4.2 微控制器57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 系统软件设计60-69
• 4.1 引言60
• 4.2 主程序设计60-61
• 4.3 中断程序设计61-62
• 4.4 功能子程序设计62-68
• 4.4.1 旋变位置解算63-64
• 4.4.2 双通道旋变数据融合64-66
• 4.4.3 ADC002 模块66-67
• 4.4.4 PWMSVM模块67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 实验结果及分析69-74
• 5.1 引言69
• 5.2 实验平台69
• 5.3 实验结果与分析69-73
• 5.3.1 旋变初始相位校正69-70
• 5.3.2 电流闭环实验70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1107446