EtherCAT总线型无刷直流电机驱动系统
发布时间：2023-02-07 07:55
随着无刷直流电机(Brushless DC Motor)应用范围越来越广,人们对无刷电机的工作性能要求越来越高。传统的总线型无刷直流电机驱动系统通常基于RS485总线通信,采用霍尔位置传感器,通过方波电压驱动电机。这种控制方式简单,成本低,但方波驱动要求无刷直流电机的反电动势为理想梯形波。然而,在实际制造中,无刷直流电机的反电动势很难达到理想梯形波,并且为削减齿槽转矩而采用斜槽、斜极等方法使得反电动势波形接近正弦波,这使得方波驱动的电机在工作过程存在转矩脉动和换相噪声等问题。同时,RS485总线本身具有总线利用率低、实时性较差等缺点,特别是当工业应用中的控制单元数量较多时,其通信实时性更加得不到保障。无刷直流电机驱动系统采用EtherCAT总线通信,可以大幅提高其实时性和可靠性,这类驱动系统在电机控制中表现出优良的性能,如低噪音、转矩脉动小,定位准确,低速稳定等。因此,设计出一套带有EtherCAT总线通信接口且运行可靠的无刷直流电机驱动系统具有重大的意义。针对总线型无刷直流电机驱动系统的设计,本文开展了以下研究工作:首先,对EtherCAT总线型无刷直流电机驱动系统进行整体方案设计,...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 无刷直流电机及控制技术的发展现状
1.2 EtherCAT伺服从站系统的研究现状
1.3 课题的研究背景及意义
1.4 本文的主要内容和组织结构
第二章 驱动系统总体方案设计
2.1 引言
2.2 EtherCAT无刷直流电机驱动系统从站方案
2.3 EtherCAT从站控制器
2.4 EtherCAT从站微处理器
2.5 控制系统整体结构
2.6 本章小结
第三章 无刷直流电机数学模型及矢量控制技术
3.1 引言
3.2 电机模型
3.2.1 坐标变换
3.2.2 d-q坐标系下的电机数学模型
3.3 磁场定向控制
3.4 空间电压矢量调制(SVPWM)
3.4.1 SVPWM基本原理
3.4.2 合成参考电压空间矢量
3.4.3 7段式SVPWM
3.4.4 SVPWM扇区号确定
3.5 本章小结
第四章 驱动系统硬件设计
4.1 引言
4.2 驱动系统整体硬件结构
4.3 逆变桥与驱动电路设计
4.3.1 功率开关元件的选择方案
4.3.2 逆变桥电路
4.3.3 驱动芯片IR2103S
4.3.4 驱动电路
4.4 相电流与位置检测电路
4.4.1 电阻采样法
4.4.2 同相比例偏置放大电路
4.4.3 位置检测电路
4.5 EtherCAT通信接口电路
4.5.1 PDI接口电路
4.5.2 物理通信端口电路设计
4.5.3 从站信息接口电路设计
4.6 其他相关电路
4.6.1 程序下载接口电路
4.6.2 USB转RS232通信接口电路设计
4.6.3 电源电路设计
4.7 驱动器PCB图
4.8 本章小结
第五章 驱动系统软件设计与实现
5.1 引言
5.2 EtherCAT协议通信软件设计
5.2.1 PDI通信接口软件设计
5.2.2 从站应用层软件
5.2.3 XML文件结构与下载
5.2.4 从站应用层软件与XML文件的实现
5.3 电机伺服驱动软件设计
5.3.1 FOC2.0函数库的配置
5.3.2 电机伺服驱动软件的实现
5.3.3 速度控制和位置控制实现
5.3.4 基于EtherCAT通信的伺服驱动软件实现
5.3.5 在线调试软件设计
5.4 本章小结
第六章 实验
6.1 引言
6.2 驱动系统通信性能测试
6.2.1 通信周期可靠性测试
6.2.2 多从站通信可靠性测试
6.2.2.1 单台从站测试结果
6.2.2.2 两台驱动器从站测试结果
6.2.2.3 两台驱动器+倍福模块从站测试结果
6.3 驱动系统控制性能测试
6.3.1 空载下的控制性能测试
6.3.1.1 速度环和电流环PID控制器参数选择
6.3.1.2 不同功率电机速度控制
6.3.1.3 电流波形检测
6.3.1.4 位置环P控制器参数选择
6.3.1.5 位置定位精度测试
6.3.2 带载下的控制性能测试
6.3.2.1 速度测试
6.3.2.2 电流波形检测
6.3.2.3 位置定位精度测试
6.4 本章小结
总结与展望
1. 总结
2. 工作展望
参考文献
致谢
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3736700
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 无刷直流电机及控制技术的发展现状
1.2 EtherCAT伺服从站系统的研究现状
1.3 课题的研究背景及意义
1.4 本文的主要内容和组织结构
第二章 驱动系统总体方案设计
2.1 引言
2.2 EtherCAT无刷直流电机驱动系统从站方案
2.3 EtherCAT从站控制器
2.4 EtherCAT从站微处理器
2.5 控制系统整体结构
2.6 本章小结
第三章 无刷直流电机数学模型及矢量控制技术
3.1 引言
3.2 电机模型
3.2.1 坐标变换
3.2.2 d-q坐标系下的电机数学模型
3.3 磁场定向控制
3.4 空间电压矢量调制(SVPWM)
3.4.1 SVPWM基本原理
3.4.2 合成参考电压空间矢量
3.4.3 7段式SVPWM
3.4.4 SVPWM扇区号确定
3.5 本章小结
第四章 驱动系统硬件设计
4.1 引言
4.2 驱动系统整体硬件结构
4.3 逆变桥与驱动电路设计
4.3.1 功率开关元件的选择方案
4.3.2 逆变桥电路
4.3.3 驱动芯片IR2103S
4.3.4 驱动电路
4.4 相电流与位置检测电路
4.4.1 电阻采样法
4.4.2 同相比例偏置放大电路
4.4.3 位置检测电路
4.5 EtherCAT通信接口电路
4.5.1 PDI接口电路
4.5.2 物理通信端口电路设计
4.5.3 从站信息接口电路设计
4.6 其他相关电路
4.6.1 程序下载接口电路
4.6.2 USB转RS232通信接口电路设计
4.6.3 电源电路设计
4.7 驱动器PCB图
4.8 本章小结
第五章 驱动系统软件设计与实现
5.1 引言
5.2 EtherCAT协议通信软件设计
5.2.1 PDI通信接口软件设计
5.2.2 从站应用层软件
5.2.3 XML文件结构与下载
5.2.4 从站应用层软件与XML文件的实现
5.3 电机伺服驱动软件设计
5.3.1 FOC2.0函数库的配置
5.3.2 电机伺服驱动软件的实现
5.3.3 速度控制和位置控制实现
5.3.4 基于EtherCAT通信的伺服驱动软件实现
5.3.5 在线调试软件设计
5.4 本章小结
第六章 实验
6.1 引言
6.2 驱动系统通信性能测试
6.2.1 通信周期可靠性测试
6.2.2 多从站通信可靠性测试
6.2.2.1 单台从站测试结果
6.2.2.2 两台驱动器从站测试结果
6.2.2.3 两台驱动器+倍福模块从站测试结果
6.3 驱动系统控制性能测试
6.3.1 空载下的控制性能测试
6.3.1.1 速度环和电流环PID控制器参数选择
6.3.1.2 不同功率电机速度控制
6.3.1.3 电流波形检测
6.3.1.4 位置环P控制器参数选择
6.3.1.5 位置定位精度测试
6.3.2 带载下的控制性能测试
6.3.2.1 速度测试
6.3.2.2 电流波形检测
6.3.2.3 位置定位精度测试
6.4 本章小结
总结与展望
1. 总结
2. 工作展望
参考文献
致谢
个人简历
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3736700
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