基于MCU的永磁电机数字位置伺服控制系统

摘要

本文主要研究和设计了基于MCU的交流永磁电机工业缝纫机位置伺服控制系统。根据伺服系统的性能要求，本文提出了以MCU为核心的伺服系统设计方案，完成了软、硬件的设计，并对系统各项性能进行了测试。 本文详细介绍了交流永磁伺服电机的结构和工作原理，并根据系统的性能要求，采用速度电流闭环控制的总体方案。驱动电路采用改进的SPWM控制方法提高了电压利用率，根据矢量控制原理控制电机运行在最佳状态，并实现了弱磁控制，进一步拓宽了调速范围。电机的启动需要精确检测转子的初始位置，因此本文设计了一种转子位置检测的方法，能快速精确的完成初始位置检测。此外，本文对控制策略进行了研究，结合模糊PID控制和电流预估，完成了位置伺服系统的设计。 系统硬件部分采用三菱公司的M16C系列，型号为M30624FGP单片机为核心控制器，结合三菱智能功率模块IPM，简化了设计电路，缩小了系统体积，提高了系统的稳定性。软件部分采用三菱M16C单片机汇编语言，设计了电机初始化、转子初始位置检测、电流调节、速度调节、三相PWM控制、系统定位制动等模块，并用主程序将各个模块结合起来。实验结果表明，本文所设计的伺服控制系统能实现缝纫机的启动，调速和定位等，并达到系统的性能指标。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2论文的研究内容

第2章位置伺服控制系统的设计

2.1系统总体设计方案

2.2交流永磁伺服电机的结构及工作原理

2.3交流永磁伺服电机的数学模型

2.3矢量控制原理

2.5交流永磁伺服电机的弱磁控制

2.6交流永磁伺服电机SPWM控制原理

2.7转子初始位置的检测

2.8 PID控制的基本原理

第3章系统硬件设计

3.1系统硬件总体设计

3.2智能功率模块PS21564在驱动电路中的应用

3.3控制模块电路设计

第4章系统软件设计

4.1系统软件的总体设计

4.2电机转子初始位置检测的软件设计

4.3速度闭环控制的软件设计

4.4电流闭环控制的软件设计

4.5三相PWM波形的产生

4.6系统定位控制程序

第5章实验结果

5.1系统启动性能测量

5.2系统转速测量结果

5.3系统制动测试结果

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

原创性声明