高精度高速永磁同步电机控制系统的研究与实现

发布时间：2017-09-03 20:05

  本文关键词：高精度高速永磁同步电机控制系统的研究与实现

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【摘要】：永磁同步电机(PMSM)具有体积小、转矩惯性比大、噪声小、效率高、功率因数高、易于控制、调速范围宽和良好的动静特性等一系列的优点,成为了现代高性能调速控制系统所研究的热点。本课题针对现代高性能永磁同步电机控制系统的一系列要求,设计和实现了一套完整的高精度高速永磁同步电机控制系统。该系统以DSP+CPLD为控制系统核心架构,采用三相独立H桥逆变驱动电路,结合旋转变压器精确测量转子位置和转速,并设计了电流检测、电流保护、主电压检测和电机转子位置和转速检测等电路,实现永磁同步电机转速的高精度控制。通过对现代高性能永磁同步电机控制系统需求进行详细分析和论证,在硬件上,精心设计了永磁同步电机控制系统的原理图,所有所需元器件都是通过详细的对比分析选择出来,并且全部采用工业级的标准,所有PCB的布线全部采用手动布线,从而大大提高了硬件系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。在软件上,采用矢量控制算法,实现永磁同步电机转矩分量和励磁分量的解耦控制。从而可以实现良好的转矩响应,并且可以精确的控制电机的速度。通过实验验证可以看出,该永磁同步机控制系统能精确的控制电机的转速,具有良好的转速动态响应,最高转速可达到10000RPM,而且体积小、噪声小。证明了该永磁同步电机控制系统设计的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 高精度 高速 H桥 旋转变压器
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10
• 1.2 电力电子技术的发展10-11
• 1.3 微处理器的发展11-12
• 1.4 永磁同步电机控制技术的发展12-14
• 1.5 永磁同步电机控制系统的现状及研究趋势14-15
• 1.6 本课题研究的主要内容15
• 1.7 论文章节安排15
• 1.8 本章小结15-16
• 第2章 永磁同步电机控制系统的硬件电路设计16-37
• 2.1 永磁同步电机控制系统的总体方案设计16
• 2.2 永磁同步电机控制系统的结构布局16-18
• 2.3 DC/DC变换电路设计18-21
• 2.3.1 +5V供电电源电路设计18-19
• 2.3.2 +3.3V供电电源电路设计19
• 2.3.3 +15V供电电源电路设计19-20
• 2.3.4 +28V电源EMI滤波电路设计20-21
• 2.3.5 +270V电源滤波器设计21
• 2.4 中央主控制电路设计21-25
• 2.4.1 主控制芯片的选型要求21
• 2.4.2 主控制芯片的选择及其特点21-22
• 2.4.3 DSP主控制电路设计22-23
• 2.4.4 副控制芯片的选择及其特点23-24
• 2.4.5 CPLD控制电路设计24-25
• 2.5 逆变电路设计25-29
• 2.5.1 H桥逆变驱动电路设计25
• 2.5.2 有源米勒钳位电路设计25-28
• 2.5.3 H桥全桥逆变电路设计28-29
• 2.6 检测电路设计29-34
• 2.6.1 电机转子位置和转速检测电路设计29-32
• 2.6.2 电流检测电路设计32-33
• 2.6.3 电压检测电路设计33-34
• 2.7 硬件电路过流保护电路设计34-35
• 2.8 通信电路设计35-36
• 2.8.1 串口通讯电路设计35
• 2.8.2 CAN总线通信电路设计35-36
• 2.9 本章小结36-37
• 第3章 永磁同步电机控制系统的软件设计37-55
• 3.1 永磁同步电机控制系统的控制算法设计37
• 3.2 永磁同步电机控制系统程序设计37-38
• 3.3 增强型脉宽控制(ePWM)模块38-41
• 3.3.1 SPWM调制实现的基本方法38-39
• 3.3.2 ePWM模块概述39-40
• 3.3.3 ePWM模块初始化配置40-41
• 3.4 模/数转换器(ADC)模块41-43
• 3.4.1 TMS320F28069 ADC模块功能介绍41-42
• 3.4.2 ADC模块初始化42-43
• 3.5 定时器(CPUTIMER0)模块初始化43-44
• 3.6 SCI总线初始化配置44-45
• 3.7 SPI总线初始化配置45-46
• 3.8 AD2S1210初始化配置46-51
• 3.8.1 AD2S1210上电复位时序初始化46-47
• 3.8.2 AD2S1210配置模式初始化47-48
• 3.8.3 AD2S1210写入操作初始化48-49
• 3.8.4 AD2S1210读取操作初始化49-51
• 3.9 EQEP模块初始化配置51-53
• 3.9.1 AD2S1210增量式编码简介51-52
• 3.9.2 转速测量方法52-53
• 3.10 CPLD逻辑分析53-54
• 3.10.1 CPLD电流保护逻辑53
• 3.10.2 CPLD逻辑拓扑结构53-54
• 3.11 本章小结54-55
• 第4章 实验结果与分析55-62
• 4.1 互补PWM波分析55-56
• 4.2 CPLD电流保护波形分析56
• 4.3 旋转变压器信号波形分析56-57
• 4.4 硬件电路电流保护波形分析57-58
• 4.5 转速阶跃响应波形分析58-59
• 4.6 电机A相反电动势波形分析59
• 4.7 电流波形分析59-60
• 4.8 上位机显示信息分析60-61
• 4.9 本章小结61-62
• 第5章 工作总结及展望62-64
• 5.1 本课题的主要工作62
• 5.2 进一步的工作展望62-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士之间的研究成果67

【参考文献】

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本文编号：787045