基于DSP的交流永磁同步电机伺服系统设计

发布时间：2017-09-26 01:36

  本文关键词：基于DSP的交流永磁同步电机伺服系统设计

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【摘要】：从上世纪四十年代美国麻省理工实验室研制出的第一台伺服系统,到如今伺服市场上琳琅满目的各类相关产品,伺服系统的发展经历了从液压、气动到电动的过程。目前,随着控制算法的日新月异与相关硬件的更新换代,伺服系统已广泛应用到数控机床、激光加工、工业控制与军事武器等高端领域,成为未来工业自动化的支撑技术之一。本文设计了具有一定伺服性能的数字式三闭环永磁同步电机交流伺服控制系统。首先介绍了伺服系统与永磁电机的发展背景,分析了目前国内外伺服产品的发展趋势,指出在当前形势下研究伺服系统的重要性和必要性。之后在研究永磁同步电机物理结构的基础上,建立了电机的数学模型,分析了电机的矢量控制原理与电压空间矢量脉宽调制技术。最后将系统设计为三闭环交流伺服控制系统。其中,电流环采用简单有效的PI调节;速度环采用模糊PID调节来提高系统的鲁棒性与实时性;位置环是反馈的主要通道,本文在常规滑模控制器的基础上,加入模糊控制柔化控制信号,削弱了因滑模控制本质而存在的抖振现象,并进一步增强了鲁棒性,本文重点介绍了这种将常规滑模与模糊控制相融合的复合控制算法。系统硬件方案以德州仪器公司的TMS320F2812为控制核心,以DSP最小系统为基础,将硬件电路分为数字控制单元、功率驱动单元、信号检测单元以及故障保护单元四个模块分别介绍。系统软件方案采用由总到分的方式设计了主程序和初始化程序,包括主程序在循环等待过程中的中断响应程序,重点对几个PWM主中断子程序模块进行了分析和设计。最后基于上述设计,在MATLAB/Simulink环境下对系统进行建模仿真,主要验证三个闭环控制器的调节性能。随后搭建了实验平台,重点从跟踪性能、鲁棒性等方面对模糊滑模控制算法进行进行验证,实验结果显示了这种控制器的优越性。
【关键词】：交流伺服 永磁同步电动机 DSP 模糊滑模控制
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的目的与意义12-13
• 1.2 交流伺服与永磁同步电机的发展13-17
• 1.3 论文主要内容17-18
• 第2章 数学模型与矢量控制策略18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 电机坐标变换与数学模型18-23
• 2.2.1 坐标变换阵18-20
• 2.2.3 永磁同步电机数学模型20-23
• 2.3 矢量控制23-24
• 2.3.1 矢量控制策略23
• 2.3.2 直轴电流为零矢量控制23-24
• 2.4 脉宽调制策略24-29
• 2.4.1 PWM控制基本原理24-25
• 2.4.2 SVPWM原理与实现方法25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 总体设计方案与仿真分析30-55
• 3.1 引言30
• 3.2 总体方案30-31
• 3.3 电流环设计31-32
• 3.4 速度环设计32-39
• 3.4.1 模糊控制32-36
• 3.4.2 速度控制器设计36-39
• 3.5 位置环设计39-47
• 3.5.1 滑模变结构控制40-43
• 3.5.2 模糊滑模控制43-44
• 3.5.3 位置控制器设计44-47
• 3.6 仿真分析47-54
• 3.6.1 仿真模型的建立47-50
• 3.6.2 仿真结果分析50-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第4章 硬件设计方案55-63
• 4.1 引言55
• 4.2 硬件总体结构55-56
• 4.3 数字控制单元设计56-58
• 4.3.1 微控制器TMS320F281256
• 4.3.2 TMS320F2812最小系统56-58
• 4.4 功率驱动单元设计58-59
• 4.5 信号检测单元设计59-61
• 4.5.1 电流检测电路59-60
• 4.5.2 直流母线检测电路60
• 4.5.3 转子位置速度检测电路60-61
• 4.6 故障保护单元设计61-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第5章 软件设计方案与实验结果63-77
• 5.1 引言63
• 5.2 数据标幺化和定标63-64
• 5.3 主程序64-66
• 5.4 中断程序66-67
• 5.4.1 SCI串口中断66
• 5.4.2 PWM主中断66-67
• 5.5 PWM主中断子程序67-72
• 5.5.1 SVPWM子程序67-70
• 5.5.2 AD采样子程序70-71
• 5.5.3 位置控制子程序71-72
• 5.6 实验结果72-76
• 5.7 本章小结76-77
• 第6章 工作总结与展望77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间学术论文发表情况83-84
• 致谢84

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本文编号：920792