基于DSP的多电机同步控制器的研究

发布时间：2017-09-11 18:02

  本文关键词：基于DSP的多电机同步控制器的研究

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【摘要】：随着社会工业化飞速发展,在社会生产的很多领域,依靠单电机已不能完成产品的生产要求,这就需要多电机之间良好地协调配合才能完成。因此,电机同步控制是一个重要的研究方向,具有很高的应用价值。本文先概述了多电机同步技术的研究背景,针对高性能交流伺服应用方面永磁同步电机所具有的优良特性:功率密度大、响应快、转矩输出大等,本文选取其作为主要的被控对象。同步控制主要存在如下问题:1、整体同步算法太过复杂,运行时如遇到扰动,各电机转速就会出现不同程度的变化,整体的同步协调性较差;2、单电机控制时实际运行转速与给定转速之间存在较大的偏差。3、控制系统结构设计不够合理,某些系统的关键部分设计的太过繁琐使得电路的功率因数低且稳定性差;另一些则因设计太过简化而不能对电机做到精确控制,不适合用于高精度伺服控制上。针对上述问题,本文主要从控制策略和系统设计方面进行深入研究。控制策略方面:首先详细介绍了永磁同步电机的构造原理和分类,然后分析常用坐标之间的转换及其对应的数学模型,为单台永磁同步电机的控制策略的选取提供理论依据。本文在单台电机的控制上选用FOC-SVPWM控制方式,然后采用仿真进行检验,仿真结果充分说明采用此策略控制的单电机转速跟随的性能优良,抗扰动能力强,系统动静态响应性能好。在此之后进行多电机同步控制的研究,对比和分析目前不同的同步策略存在的优缺点,其中偏差耦合同步策略较其他同步策略有较大的优势,然后对偏差耦合策略存在的问题进行改进:一方面扩大了其控制电机的数量,另一方面在其前置转速补偿部分采用了模糊PID算法。最后把改进后的偏差耦合同步方式与常用的主从同步方式进行仿真对比,仿真结果说明,前者控制的四台电机在遇到外界干扰时,转速响应迅速且变化同步一致;而后者控制的四台电机的同步出现了不同程度的延迟和超调现象。最后重点研究和分析偏差耦合策略下多电机在正常条件、负载扰动和转速突变时的同步效果。系统设计:针对传统模拟控制器存在的诸多缺陷,本文采用基于DSP数字化控制器,硬件部分主要研究了系统中的关键电路:电机功率驱动电路作为整个系统的关键部分采用集成化较高的智能功率电路取代传统分立元件设计的电路,包括功率器件参数的选取及抗干扰隔离措施;采用单片机辅助控制电路来协助DSP处理器对系统进行控制并提供数字化显示功能。最终完成系统的整体设计:主要电路和系统程序的详细设计。先对单台电机的控制实验进行详细地研究,结果证明电机在负载扰动时转速波动小且响应时间快,运行稳定。然后采用CAN总线和RS-232通信方式搭建多电机同步控制实验平台,实验结果表明电机运行稳定且同步效果好,验证了本课题的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 FOC-SVPWM控制 偏差耦合策略 模糊PID 同步控制 DSP数字化控制器
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1 多电机同步控制的技术背景及研究意义10-11
• 2 多电机同步控制算法11-12
• 3 基于DSP的同步控制方式12-13
• 4 本文的结构安排13-14
• 第二章 永磁同步电机及其数学模型14-26
• 1 引言14
• 2 永磁同步电机的构造原理14-15
• 3 坐标变换原理15-20
• 4 PMSM在不同坐标系下的数学模型20-24
• 5 本章小结24-26
• 第三章 基于FOC-SVPWM的永磁同步电机控制26-38
• 1 引言26
• 2 SVPWM基本原理26-30
• 2.1 空间电压矢量的合成原理26-30
• 3 基于FOC-SVPWM的电机控制系统及其仿真30-36
• 4 本章小结36-38
• 第四章 速度补偿的偏差耦合控制策略下的同步控制38-54
• 1 多电机同步控制方式38-41
• 2 模糊控制原理41-45
• 2.1 模糊控制系统基本原理42
• 2.2 模糊控制器设计42-45
• 3 模糊PID控制器的设计45-46
• 3.1 常规PID原理45
• 3.2 模糊PID原理45-46
• 4 采用模糊PID速度补偿的偏差耦合策略下同步控制仿真研究46-54
• 第五章 DSP电机同步控制器的设计54-78
• 1 引言54
• 2 DSP电机控制器的结构及通信网络54-57
• 2.1 基于DSP的电机控制器的框架54-55
• 2.2 通信网络的构建55-57
• 3 DSP控制板的主要电路设计57-62
• 4 电机控制器的电路设计62-66
• 4.1 IPM驱动电路62-65
• 4.2 单片机辅助控制电路65-66
• 5 基于DSP的控制器的控制程序设计66-70
• 5.1 控制系统的设计66-67
• 5.2 程序数据的Q格式化处理67-68
• 5.3 基于DSP的同步控制的程序设计68-70
• 6 实验结果与分析70-78
• 6.1 基于DSP单电机控制的实验结果和分析70-72
• 6.2 基于DSP的同步控制的实验结果与分析72-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 参考文献80-84
• 附录84-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间学术与科研成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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2 肖卫文;熊芝耀;李世春;程绪长;;基于变参数PI的永磁同步电动机矢量控制系统[J];电力电子技术;2009年04期

3 高延荣;舒志兵;耿宏涛;;基于Matlab/Simulink的永磁同步电机(PMSM)矢量控制仿真[J];机床与液压;2008年07期

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：832227