一体化弯管数控机床的伺服驱动器的研究与设计

发布时间：2020-08-13 08:55

【摘要】：随着管道加工产业的深入发展,引领着弯管数控机床朝着高效率、高智能、高集成和高精尖的方向发展,对其伺服驱动控制系统也提出了新的要求。即实现对伺服电机快速平滑且精确的速度与位置控制,同时具有强抗干扰能力和鲁棒性。本文在广东省科技计划项目“一体化数控管道加工关键技术及装备研究与产业化”的资助下,以永磁同步电机(PMSM)的伺服驱动器为研究对象,研究并设计了应用于一体化弯管数控机床的PMSM伺服驱动器。本文完成的主要工作和取得的研究成果如下:(1)完成了一体化弯管数控机床伺服驱动器的总体方案设计。根据弯管数控机床及其伺服控制系统的研究背景与发展趋势,结合一体化弯管数控机床的工艺的基础,提出了伺服驱动器的性能指标和功能,完成了一体化弯管数控机床伺服驱动器的总体设计方案,包括硬件和软件两个部分。(2)将MPC(Model Predictive Control)引入了PMSM矢量控制策略中,并完成了仿真验证研究。将MPC引入PMSM矢量控制环路中去,对各个环路的控制器进行了设计,重点完成了速度环MPC控制器的设计。最后,在MATLAB/Simulink软件上搭建了仿真模型,完成了基于MPC的PMSM矢量控制仿真。仿真结果验证了基于MPC的PMSM的矢量控制具有良好的控制性能与鲁棒性。(3)完成了一体化弯管数控机床伺服驱动器的硬软件设计。运用Altium Designer软件完成伺服驱动器的硬件设计,主要包括以IPM为核心的主功率电路、驱动器供电电源电路和以TMS320F28335为核心的控制与检测电路的设计;运用CCS6.0软件设计完成伺服驱动器的软件设计,主要包括主程序、中断程序和系统服务子程序的设计。(4)搭建了试验平台,完成了对基于MPC的PMSM矢量控制的试验研究,重点完成了PMSM的空载启停和空载加减速试验。本文将基于MPC的矢量控制引入一体化伺服驱动器中,仿真与试验结果均表明基于MPC的PMSM矢量控制系统具有良好的动静态特性,满足一体化弯管数控机床的伺服驱动器的设计和控制要求。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341;TG659
【图文】：

结构图,数控机床,弯管,外形

（1）基于 MPC 的 PMSM 的直接转矩控制基于 MPC 的 PMSM 直接转矩控制（DTC）是假设逆变器的开关状态预测出，利用预测得到的系统输出，结合目标函数求得逆变器的开关量最优解统的控制量。（2）基于 MPC 的 PMSM 的矢量控制基于 MPC 的 PMSM 的矢量控制（FOC）是以矢量控制原理为基础，将 MP PMSM 矢量控制速度环或电流环中，采用 MPC 设计速度环控制器或电流器，在线优化选择使性能指标函数最小的控制量，这样选出的控制量是最制量，作用于系统能够得到最优的控制性能。一体化弯管数控机床伺服控制系统的研究基础课题组与中山市奥美森工业有限公司于 2014 年共同开发了一套面向市场化弯管数控机床产品[23]，其弯管数控机床外形结构如图 1-2 所示。

电路图,伺服驱动器,电路图,电路

第 3 章一体化弯管数控机床伺服驱动器的硬件设计根据一体化弯管数控机床伺服驱动器的硬件总体方案，对伺服驱动器的硬件进行设计，主要包括主功率电路、供电电源电路、DSP 最小系统电路、通信接口电路、光电隔离驱动电路、信号采样与调理电路、故障检测与保护电路和编码器检测电路设计。3.1 主功率电路设计伺服驱动器主功率电路如图 3-1 所示。

电路图,弱电,供电电源,驱动器

22图 3-4 驱动器的弱电侧供电电源电路3 DSP 最小系统电路设计DSP 最小系统是指保证 DSP28335 可以正常工作，需要最少硬件结构，包P 芯片、电源、扩展存储电路、时钟电路和仿真接口 JTAG 电路，DSP28小系统电路如图 3-5 所示。图中，SST39VF800A 为数据总线宽度 16 位，容量为 8M 的 flash 闪存61LV51216 为数据总线宽度 16 位，容量为 8M 的 SRAM。MAX811 是电源检测芯片，用于 DSP 复位电路，当被监控电源电压低于 2.93V 时，DSP 自位，而按下 RESET 按钮时进行手动复位操作。

【相似文献】