基于DSP与FPGA的永磁同步电机位置伺服系统的设计与实现

发布时间：2017-10-30 11:04

  本文关键词：基于DSP与FPGA的永磁同步电机位置伺服系统的设计与实现

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【摘要】：随着现代工业技术的不断进步,交流永磁同步伺服系统得到了快速的发展,并广泛应用于数控机床、工业机器人等领域。以数字信号为基础的全数字永磁同步伺服系统,容易实现各种智能控制算法和高性能控制策略,已成为交流伺服系统的发展趋势。本文的目的是研制一套基于DSP与FPGA的永磁同步电机位置伺服系统,为进一步的研究提供硬件和软件平台,未来可应用于航空航天、军工等高性能、高可靠性要求领域。首先,本文介绍了交流永磁同步伺服系统的国内外发展概况和方向：基于矢量控制原理,建立了永磁同步电机的数学模型；采用经典控制理论,对电流环、速度环及位置环性能进行分析,并设计了调节器。其次,基于仿真软件Matlab/Simulink,建立了采用转子磁链定向矢量控制策略和空间矢量脉宽调制技术的系统模型,并进行仿真验证,获得了比较满意的效果。再次,设计了以DSP与FPGA为控制核心、以IGBT功率模块为功率变换装置的全数字交流伺服系统。在设计的硬件平台上,采用模块化编程思想进行软件设计。最后,对系统进行调试,给出了主要试验波形,试验结果表明系统具有良好的动态和静态性能,验证了上述理论和仿真分析,为系统的深入研究和开发奠定了坚实的基础。
【关键词】：永磁同步电机 位置伺服系统 交流调速 矢量控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景与意义9
• 1.2 交流永磁同步伺服系统的特点9-10
• 1.3 交流永磁同步伺服系统国内外研究与发展概况10-14
• 1.3.1 伺服系统发展历史10-11
• 1.3.2 交流永磁同步伺服系统国内外研究概况11-12
• 1.3.3 交流永磁同步伺服系统的最新研究动向12-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 永磁同步电机数学模型、控制策略及电流控制方法15-20
• 2.1 永磁同步电机基本结构与分类15
• 2.2 永磁同步电机的数学模型15-17
• 2.3 永磁同步电机控制策略17-18
• 2.3.1 矢量控制17
• 2.3.2 直接转矩控制17-18
• 2.3.3 两种控制方案的比较18
• 2.4 永磁同步电机的电流控制方法18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 永磁同步电机的矢量控制及其建模仿真20-32
• 3.1 电压空间矢量脉宽调制技术基本原理20-24
• 3.1.1 电压空间矢量定义20
• 3.1.2 空间电压的合成20-22
• 3.1.3 电压空间矢量的合成22-23
• 3.1.4 基本电压空间的作用时间23-24
• 3.2 三环调节器设计24-26
• 3.2.1 电流环设计24-25
• 3.2.2 速度环设计25-26
• 3.2.3 位置环设计26
• 3.3 系统建模26-31
• 3.3.1 速度伺服系统的建模27-29
• 3.3.2 位置伺服系统的建模29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 系统硬件电路设计32-45
• 4.1 系统硬件结构32-33
• 4.2 控制板33-41
• 4.2.1 电源电路33-34
• 4.2.2 DSP电路34-35
• 4.2.3 FPGA电路35
• 4.2.4 通信电路35-36
• 4.2.5 旋转变压器激磁及解码电路36-38
• 4.2.6 位置反馈检测电路38-39
• 4.2.7 逻辑接口电平转换电路39-40
• 4.2.8 电流采样调理电路40-41
• 4.3 驱动板41-43
• 4.3.1 电源电路41-42
• 4.3.2 驱动电路42-43
• 4.3.3 母线电压检测电路43
• 4.4 连接板43-44
• 4.5 主功率器件44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 系统软件设计45-54
• 5.1 软件设计平台45
• 5.2 软件工程结构45-46
• 5.3 软件总体结构46-47
• 5.4 中断服务子程序47-49
• 5.5 控制算法49-51
• 5.6 Q格式和正余弦产生51-52
• 5.7 保护功能52
• 5.8 FPGA时序仿真52-53
• 5.9 本章小结53-54
• 第六章 试验结果与分析54-59
• 6.1 电流环测试54-55
• 6.2 转速环测试55-57
• 6.2.1 高速性能55-56
• 6.2.2 低速性能56-57
• 6.3 位置环测试57-58
• 6.3.1 速度限幅值对位置响应时间的影响57
• 6.3.2 位置阶跃测试57-58
• 6.4 调试中遇到的问题和解决方案58
• 6.5 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-60
• 7.1 工作总结59
• 7.2 后续工作展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 莫会成;;永磁无刷电动机系统发展现状[J];电气技术;2007年10期

2 刘国繁;王迎旭;伍萍辉;;新型智能数字PID控制器及其应用[J];电机与控制学报;2006年04期

3 李波;安群涛;孙兵成;;空间矢量脉宽调制的仿真研究及其实现[J];电机与控制应用;2006年06期

4 姜燕平;旋转变压器原理及其应用[J];电气时代;2005年10期

5 李烨,严欣平;永磁同步电动机伺服系统研究现状及应用前景[J];微电机(伺服技术);2001年04期

6 宗承云;永磁同步电动机在油井节能中的应用[J];中小型电机;2001年02期

7 伍小杰,戴鹏,姜建国;同步电动机转子位置检测的一种方法及实现[J];电气传动;2001年01期

8 李烨,严欣平;永磁无刷电动机技术发展水平及应用前景[J];微电机(伺服技术);2001年01期

9 贡俊,陆国林;无刷直流电机在工业中的应用和发展[J];微特电机;2000年05期

10 孙毅勇,冯国楠,孙亮;自适应滑模跟踪控制交流伺服系统[J];电气传动;1998年03期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 吴茂刚;矢量控制永磁同步电动机交流伺服系统的研究[D];浙江大学;2006年

2 林伟杰;永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D];浙江大学;2005年

3 田淳;无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践[D];南京航空航天大学;2002年

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本文编号：1117387