基于网络结构的多电机交流伺服控制系统研究

发布时间：2017-09-12 08:37

  本文关键词：基于网络结构的多电机交流伺服控制系统研究

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【摘要】：交流伺服以其良好的控制性能已经逐步取代直流伺服,在高精度的控制系统中得到越来越多的应用。交流伺服的控制方法众多,对各种先进控制算法的研究也进一步推动了交流伺服向前发展。但随着工业的日益发展,生产线的日趋庞大和复杂,对各种机械性能的要求逐渐提高,只控制一台电机已经不能满足现代高科技发展和工业自动化生产的要求,控制多台电机让它们能更好地协调运行已成为一种发展趋势。传统的多电机传动控制系统采用集中式的并行总线控制方法,是一种集散式控制系统。随着微电子技术的发展,出现了很多高速度、高性能的集成控制芯片,现场总线技术的加入使得交流伺服逐步走向微机化、网络化。本文研究的是将微电子技术和现场总线技术相结合,利用CAN总线和DSP构成网络结构的多电机交流伺服控制系统。主要研究内容包括：交流伺服控制算法的研究、CAN智能节点的和CAN接口卡的软硬件设计、交流伺服控制器的软硬件设计以及整个系统的实验。在交流伺服控制算法方面,控制对象选用永磁同步电机。分析了传统PMSM-DTC模型,在考虑定子电阻影响时,其电压矢量选择在扇区分界线附近会出现错误,导致控制性能变差。针对传统DTC转矩脉动较大和磁链畸形等问题,研究扇区细分的DTC模型,以传统6扇区分界线为中心再开辟6个扇区,将空间平面划分成12扇区,改进了电压矢量选择表。在MATLAB/SIMULINK中对2种控制方法进行建模并仿真,理论分析和仿真结果表明,采用扇区细分的控制方法能够较好地抑制转矩脉动和磁链畸形,改善磁链轨迹,具有更好的动、静态性能。在硬件设计方面,分别设计了CAN总线接口卡和CAN总线智能节点的硬件结构。CAN总线接口卡利用TMS320LF2812的eCAN模块和SCIA模块构成,负责PC机和CAN总线上的数据交换,接口卡通过USB接口连接至PC机,发送PC机的控制指令到CAN网络上同时从网络上接收反馈信息送给PC机。CAN总线智能节点由TMS320LF2812的eCAN模块和事件管理器等模块构成,智能节点可以从CAN网络上接收控制命令驱动永磁同步电机运动,还负责反馈电机的实时运行参数给PC机；设计了智能节点中交流伺服控制器的硬件电路,包括TMS320LF2812一些外围电路、整流和逆变电路、检测及保护电路等。在软件设计方面,详细分析了CAN总线接口卡和CAN总线智能节点的收发过程,给出了软件流程图和部分实现代码。介绍了交流伺服控制器的软件设计,主要包括主程序、中断服务程序、控制算法实现程序。所有程序代码均在DSP的开发环境CCS3.3 (Code Composer Studio 3.3)中通过C语言编程来完成,生成out文件烧录到2812的Flash中运行调试。最后在此基础上搭建了系统的硬件平台并进行了实验,实验结果与理论分析、仿真结果相一致。
【关键词】：交流伺服 直接转矩 扇区细分 仿真 CAN
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM921.541
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 交流伺服技术的研究现状13-14
• 1.2.2 现场总线技术的研究现状14-15
• 1.3 本文的章节安排15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 交流伺服控制系统研究17-39
• 2.1 永磁同步电机的物理结构和数学模型17-19
• 2.2 永磁同步电机直接转矩控制系统19-26
• 2.2.1 转矩的生成与控制19-20
• 2.2.2 电压矢量的生成与控制20-23
• 2.2.3 传统PMSM-DTC系统23-26
• 2.3 扇区细分的PMSM-DTC系统26-29
• 2.3.1 12扇区细分和电压矢量选择表26-28
• 2.3.2 扇区细分DTC的转矩控制性能28-29
• 2.4 扇区细分的PMSM-DTC系统的仿真29-38
• 2.4.1 仿真模型的搭建29-34
• 2.4.2 仿真结果与分析34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 基于网络结构的多电机交流伺服系统硬件设计39-55
• 3.1 系统的总体结构39-40
• 3.2 CAN总线及其通信技术40-44
• 3.2.1 CAN协议的结构模型40-41
• 3.2.2 CAN总线的帧结构41-43
• 3.2.3 CAN总线的组网43-44
• 3.3 TMS320LF281244-45
• 3.4 CAN接口卡的硬件设计45-46
• 3.5 CAN智能节点的硬件设计46-54
• 3.5.1 CAN通信接口电路46-48
• 3.5.2 交流伺服系统的硬件构架48-49
• 3.5.3 驱动电路49-50
• 3.5.4 DSP最小系统电路50-51
• 3.5.5 电源电路51-52
• 3.5.6 速度和位置检测电路52
• 3.5.7 电流检测与保护电路52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 基于网络结构的多电机交流伺服系统软件设计55-67
• 4.1 CAN总线应用层协议的设计55-57
• 4.2 CAN总线接口卡的软件设计57-58
• 4.3 CAN智能节点的软件设计58-66
• 4.3.1 CAN通信接口的软件设计58-60
• 4.3.2 交流伺服系统软件总体框架60-61
• 4.3.3 主程序61-62
• 4.3.4 中断服务程序62-63
• 4.3.5 算法控制程序63-65
• 4.3.6 SVPWM的实现65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 实验结果与分析67-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 未来工作的展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录76
• 攻读学位期间取得的科研成果目录76-77
• 攻读学位期间获得的奖励目录77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 冯义飞;陈梅;;基于CAN总线多电机协调控制系统性能研究[J];电气开关;2006年05期

2 郭忠林;王军;何建平;;基于CAN总线的电机监控系统设计[J];电气自动化;2007年06期

3 尹明;王杰;;基于CAN总线嵌入式数字控制系统的设计[J];制造业自动化;2010年02期

4 Xia Jiqiang;Zhang Chuansen;Bai Ronggang;Xue Liqiang;;Real-time and reliability analysis of time-triggered CAN-bus[J];Chinese Journal of Aeronautics;2013年01期

5 廖晓钟;邵立伟;;直接转矩控制的十二区段控制方法[J];中国电机工程学报;2006年06期

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本文编号：836185