伺服系统驱动器设计及控制算法研究

发布时间：2018-01-04 01:24

  本文关键词：伺服系统驱动器设计及控制算法研究　出处：《北京理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：电机制造工艺、电力电子技术与现代控制理论的发展,使得以永磁同步电机(PMSM)为执行机构的伺服系统得到了广泛应用。提高PMSM在低速控制领域的应用对于国防、民用均有很大的意义。伺服系统在低速下的稳定性能是影响伺服系统应用的关键因素之一。针对此问题,本文先介绍了伺服系统相关技术的发展以及低速研究的概况,分析了永磁同步电机的结构和控制原理,并结合坐标系的变换推导出永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型,然后设计出硬件电路并在此基础上进行控制算法研究。伺服系统驱动器硬件以森创公司的60CB020C款电机为被控对象,设计了以TI公司的TMS320F28335为核心的控制板和以国际整流器公司的IRAMS06UP60B为核心的功率板。采用CCS3.3作为开发环境设计驱动器软件控制部分,编写了以主程序、矢量控制中断服务程序、保护中断程序以及eQEP中断服务程序为主要内容的磁场定向控制程序。并对搭建的硬件平台分模块、有步骤地进行测试。针对伺服系统测量方式和PWM控制方式中存在的问题进行了分析。首先,硬件测量方法方面,针对低速运行过程以及低速到中高速的切换过程,采用了M/T法混合测速法;其次,研究了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)控制中存在的死区问题,并对死区进行了补偿。实验结果表明系统的稳态误差有一定程度的减少。对于永磁同步电机低速运行时存在的摩擦扰动和负载扰动问题,首先分析了摩擦的影响以及摩擦模型的选择;其次,分别设计了摩擦观测器和负载观测器,并提出了一种带摩擦观测器和负载扰动观测器的滑模控制方法。仿真和实验结果表明该方法对摩擦和负载进行了有效地补偿,提高了系统的跟踪精度和抗干扰能力。
[Abstract]:The development of motor manufacturing technology, power electronics technology and modern control theory. The servo system with permanent magnet synchronous motor (PMSM) as the actuator has been widely used. To improve the application of PMSM in the field of low speed control for national defense. The stability of servo system at low speed is one of the key factors affecting the application of servo system. This paper first introduces the development of servo system technology and the general situation of low speed research, analyzes the structure and control principle of permanent magnet synchronous motor (PMSM). Combined with the transformation of coordinate system, the mathematical model of PMSM in each coordinate system is deduced. Then the hardware circuit is designed and the control algorithm is studied on this basis. The servo system driver hardware takes 60CB020C motor of Senton Company as the controlled object. The control board with TI's TMS320F28335 as the core and the power board with International Rectifier's IRAMS06UP60B as the core are designed. CCS3.3 is adopted as the development tool. Environment design driver software control part. The main program, vector control interrupt service program, protection interrupt program and eQEP interrupt service program as the main content of the magnetic field oriented control program. And the hardware platform is divided into modules. The problems of servo system measurement and PWM control are analyzed. Firstly, the hardware measurement method is discussed. For the low speed operation process and the low speed to high speed switching process, the M / T method is used to measure the velocity. Secondly, the dead-time problem in SVPWM (SVPWM) control is studied. The experimental results show that the steady-state error of the system has been reduced to a certain extent. The friction disturbance and load disturbance of PMSM at low speed are also discussed. Firstly, the influence of friction and the choice of friction model are analyzed. Secondly, friction observer and load observer are designed respectively. A sliding mode control method with friction observer and load disturbance observer is proposed. Simulation and experimental results show that the proposed method can compensate friction and load effectively. The tracking accuracy and anti-interference ability of the system are improved.
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM921.541

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本文编号：1376431