EtherCAT总线式伺服驱动器开发

发布时间：2017-04-15 11:18

  本文关键词：EtherCAT总线式伺服驱动器开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业以太网和现场总线在工业自动化领域的广泛应用,以及伺服系统向数字化、网络化的发展,将总线接口技术集成到伺服系统中成为未来工控领域发展的一种趋势。EtherCAT总线是一种拓扑结构灵活、可靠性高、传输速率和效率高的实时以太网技术,适用于运动控制领域。本文将EtherCAT总线技术与伺服驱动器结合在一起,研究并开发了EtherCAT总线式伺服驱动器系统。本文分别建立了永磁同步电机在三相静止坐标系和d-q轴两相坐标系下的数学模型,并详细介绍了永磁同步电机矢量控制算法和SVPWM控制技术。硬件设计方面,主要有基于STM32F407芯片的主控制电路,智能功率模块IPM FSAM20SH60A为主功率开关器件的驱动电路,ET1100为从站控制器的通信模块,并设计了电源转换电路、光耦隔离电路、AD采样电路、传感器接口电路和外围辅助电路,完成了伺服驱动器系统的硬件开发工作。软件设计方面,在Keil μVision4集成环境下用C语言编写程序,系统软件设计分成了三大部分：主程序、中断服务程序和通讯程序。采用模块化方式详细介绍了各个模块子程序,包括：三电阻电流采样、SVPWM波的产生、PID调节器数字化和EtherCAT通讯等,实现了伺服驱动器的软件设计工作。最后,搭建了EtherCAT总线式伺服驱动器系统实验平台,对整个系统的软硬件进行了调试,并进行了电机相电压测试实验、SVPWM波测试实验和性能测试实验,验证了伺服驱动系统能达到预期目标,基本上能满足实际应用要求。
【关键词】：伺服控制系统 STM32 空间矢量算法 EtherCAT
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 伺服控制系统的发展现状与趋势10-12
• 1.3 EtherCAT的研究现状和发展趋势12-13
• 1.4 课题来源和论文研究内容13-14
• 第二章 永磁同步电机数学模型及控制方法14-25
• 2.1 PMSM的结构特点14-15
• 2.2 PMSM的数学模型15-18
• 2.2.1 PMSM在静止坐标系中的数学模型15-17
• 2.2.2 d-q轴坐标系下的数学模型17-18
• 2.3 PMSM矢量控制技术18-24
• 2.3.1 绕组等效变换和坐标变换18-20
• 2.3.2 SVPWM控制技术20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 伺服驱动器系统硬件平台设计25-40
• 3.1 伺服驱动器硬件系统总体架构25-26
• 3.2 主控部分设计26-27
• 3.2.1 STM32微处理器26-27
• 3.2.2 STM32外围电路27
• 3.3 电源部分设计27-29
• 3.3.1 电源系统设计27-28
• 3.3.2 电压转换电路设计28-29
• 3.4 功率驱动和隔离电路设计29-33
• 3.4.1 IPM逆变器驱动电路29-31
• 3.4.2 光耦隔离电路31
• 3.4.3 电流采样电路31-32
• 3.4.4 传感器接口电路32-33
• 3.5 EtherCAT通讯部分设计33-38
• 3.5.1 EtherCAT工作原理33-35
• 3.5.2 EtherCAT从站通讯接口35-38
• 3.6 外围辅助电路设计38-39
• 3.6.1 LCD屏显示接口设计38
• 3.6.2 制动电路38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 伺服驱动器系统软件开发40-50
• 4.1 软件系统总体结构设计40-41
• 4.2 系统模块化程序设计41-49
• 4.2.0 传感器接口软件设计42-44
• 4.2.1 电流采样程序44
• 4.2.2 SVPWM波产生程序44-45
• 4.2.3 PID调节器的数字化实现45-47
• 4.2.4 EtherCAT通讯程序设计47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 系统构建与实验50-55
• 5.1 EtherCAT伺服驱动器系统平台搭建50-52
• 5.2 系统软硬件测试及实验分析52-54
• 5.2.1 SVPWM测试实验52-53
• 5.2.2 三相电压波形测试实验53
• 5.2.3 性能测试实验53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-56
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 在学期间的研究成果59-60
• 致谢60

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本文编号：308304