农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计

发布时间：2017-04-15 16:02

  本文关键词：农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国正面临着人口老龄化趋势上升和农业劳动力不足日益突现的问题,因此,农业机器人在我国这个农业大国有着巨大的市场。尽管现在应用于农业机器人的电机驱动伺服控制技术已经十分成熟,但由于其工作环境及作业对象的特殊性,目前所采用的封闭式控制系统制约着农业机器人的发展。设计开放式的应用于农业机器人的伺服控制系统显得尤为重要。论文以普遍应用于机器人驱动用交流永磁同步电机为研究目标,对基于DSP的电机控制系统设计与研制进行研究。主要研究内容如下:首先,概要地介绍课题的背景和意义,分析了当前国内外交流伺服技术的研究现状以及发展趋势。通过分析永磁同步电机结构,建立电机在dq坐标系下的数学模型,在选用?0di控制作为矢量控制策略的基础上,设计永磁同步电机伺服系统的三闭环控制结构。其中,电流环采用PI控制;在速度环控制中引入目标值滤波器型二自由度PID控制方法,并对二自由度PID控制器的设计方法及其实现方案做了详细介绍;设计基于滑模变结构的伺服系统位置环控制器。其次,完成了基于DSP的交流永磁同步电机伺服控制系统的总体方案设计和软、硬件设计。建立以TMS320F2812为核心的永磁同步电机控制系统的硬件平台,主要包括DSP控制板、功率驱动模块、信号检测与调理模块、电源四部分,并完成对DSP控制板的最小系统、其外围扩展电路,功率驱动模块的三相逆变器电路、驱动电路、整流滤波电路以及隔离保护电路,信号检测与调理模块的电流检测电路、电压检测电路和位置以及速度检测电路的设计。同时,介绍了系统软件的整体结构和设计思想,并详细介绍主程序、中断服务程序和主要功能子程序设计流程,如PWM生成设置、位置与速度计算、电流采用、2-DOF PID控制算法流程、PI控制算法流程。最后,在硬件实验平台上对PMSM伺服控制系统的软件进行调试。给出了调试过程和实验结果,获得的实验波形结果显示,该伺服控制系统具有较好的控制精度,良好的动、静态性能,较大的低速转矩和较宽的调速范围,为后续的研究奠定了必要的基础。
【关键词】：永磁同步电机 矢量控制 伺服控制 数字信号处理器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 交流永磁同步电机伺服系统研究现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 交流永磁同步电机伺服控制系统的研究现状10-11
• 1.2.2 交流永磁同步电机伺服控制系统的发展趋势11-12
• 1.3 本课题主要研究内容12-14
• 第二章 永磁同步电机数学模型及其矢量控制14-20
• 2.1 数学模型建立14-17
• 2.2 永磁同步电机矢量控制17-19
• 2.2.1 矢量控制基本原理17
• 2.2.2 永磁同步电机矢量控制策略分析17-18
• 2.2.3 永磁同步电动机矢量控制系统框图18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 永磁同步电动机伺服控制器设计20-33
• 3.1 永磁同步伺服系统控制器结构20-21
• 3.2 电流环控制器设计21
• 3.3 速度环控制器设计21-27
• 3.3.1 带电流环永磁同步电机模型22
• 3.3.2 二自由度PID控制器设计22-24
• 3.3.3 二自由度PID控制器的数字化实现24-27
• 3.4 位置环控制器设计27-32
• 3.4.1 滑模变结构基本原理28-31
• 3.4.2 基于滑模变结构的位置环控制器设计31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 伺服控制系统总体方案及硬件设计33-50
• 4.1 交流伺服系统被控对象参数及性能指标33-35
• 4.2 伺服控制系统硬件电路设计35-36
• 4.3 DSP控制电路设计36-41
• 4.3.1 TMS320F2812概述36-38
• 4.3.2 最小系统电路38-39
• 4.3.3 外围扩展电路39-41
• 4.4 主电路与功率驱动模块硬件设计41-45
• 4.4.1 主电路设计与计算41-43
• 4.4.2 功率电路设计43-44
• 4.4.3 智能功率模块的驱动44-45
• 4.5 信号检测与调理模块硬件设计45-48
• 4.5.1 电流检测电路45-46
• 4.5.2 电压检测电路46-47
• 4.5.3 转子位置与速度检测电路47-48
• 4.6 电磁兼容的设计48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第五章 交流永磁同步伺服系统软件设计50-65
• 5.1 控制软件开发平台50-51
• 5.2 DSP中的浮点数的定标与IQmath库51-52
• 5.3 系统软件的整体结构52-53
• 5.4 中断服务程序53-55
• 5.4.1 定时器下溢中断53-54
• 5.4.2 捕获中断54-55
• 5.4.3 外部故障中断55
• 5.5 系统主要子程序模块55-63
• 5.5.1 PWM生成设置55-57
• 5.5.2 转子位置计算57-59
• 5.5.3 转子速度计算59-62
• 5.5.4 电流采样62-63
• 5.6 2-DOF PID控制算法流程63-64
• 5.7 PI控制算法流程64
• 5.8 小结64-65
• 第六章 仿真及实验结果65-72
• 6.1 仿真效果分析65-67
• 6.1.1 二自由度PID控制仿真分析65-66
• 6.1.2 滑模控制仿真分析66-67
• 6.2 伺服系统控制板硬件调试67-68
• 6.2.1 控制板调试67
• 6.2.2 硬件调试时遇到的问题及其解决方案67-68
• 6.3 实验结果及分析68-71
• 6.3.1 PWM输出的波信号68-69
• 6.3.2 电机的电流波形69-70
• 6.3.3 电机速度波形70-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩海云;刘军;秦海鸿;敖然;;永磁同步电机伺服系统速度环优化设计[J];现代雷达;2013年01期

2 吴春;齐蓉;;永磁同步电机伺服系统混合鲁棒方差控制[J];电机与控制学报;2013年05期

3 富历新;孙迪生;蔡安慧;;采用专用集成电路的电机伺服系统的设计[J];微特电机;1992年05期

4 吴雪芬;;永磁同步电机伺服系统H_∞控制研究[J];常州工学院学报;2008年05期

5 白蕾;;永磁同步电机伺服系统的研究[J];民营科技;2010年12期

6 于旭东;;浅谈永磁同步电机伺服系统及其现状[J];黑龙江科技信息;2013年01期

7 赵轶,张百海;基于键图的电机伺服系统的建模与仿真[J];系统仿真学报;2005年06期

8 徐东;王田苗;刘敬猛;魏洪兴;;一种永磁同步电机伺服系统双内核控制结构设计[J];电子技术应用;2008年10期

9 孙华建;李学森;朱宝忠;;永磁同步电机伺服系统的现状及发展前景[J];中国西部科技;2009年16期

10 陈峗;张永祥;;基于偏执电流的双电机伺服系统消隙[J];电子设计工程;2012年14期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 沈安文;吴东苏;万淑芸;;全数字永磁同步电机伺服系统的设计与实现[A];第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集[C];2002年

2 周旋;李世华;;基于摩擦和扰动补偿的永磁同步电机伺服系统控制方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

3 张国柱;陈杰;李志平;;一种直线电机伺服系统自抗扰控制器的设计方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

4 叶云岳;;直线电机伺服系统的应用与发展[A];2006年全国直线电机学术年会论文集[C];2006年

5 滕福林;胡育文;黄文新;刘洋;;基于IRMCK201的永磁同步电机伺服系统的应用研究[A];第八届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 陈荣;永磁同步电机伺服系统研究[D];南京航空航天大学;2005年

2 纪科辉;低速交流电机伺服系统的研究与实现[D];浙江大学;2013年

3 刘栋良;永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究[D];浙江大学;2005年

4 蓝益鹏;永磁直线电机伺服系统鲁棒控制的研究[D];沈阳工业大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李达;基于XMC4500的永磁同步电机伺服系统实现技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 卢涛;永磁同步电机伺服系统的滑模控制研究与应用[D];青岛大学;2015年

3 刘飞宇;农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计[D];江苏大学;2016年

4 何栋炜;永磁同步电机伺服系统的研究与实现[D];厦门大学;2009年

5 王永奇;永磁同步电机伺服系统扭转振动抑制的研究[D];华南理工大学;2013年

6 黄佳佳;滑模控制永磁同步电机伺服系统的研究[D];南京航空航天大学;2008年

7 廖述智;基于模糊二自由度控制器的永磁同步电机伺服系统研究[D];湖南科技大学;2012年

8 傅小利;永磁同步电机伺服系统参数辨识及控制技术的研究[D];华东理工大学;2013年

9 樊国权;高性能永磁同步电机伺服系统控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

10 关晓强;基于模糊控制的永磁同步电机伺服系统研究[D];大连理工大学;2008年

  本文关键词：农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：308726