基于DSP的交流伺服电机的自抗扰控制研究

摘要

本文采用基于DSP的交流伺服电机矢量控制系统的设计方法，研究了控制系统的软、硬件设计，通过使用美国TI公司推出的新型DSP芯片TMS320F28335来实现。详细地介绍了永磁同步电机矢量控制系统的自抗扰控制策略，同时运用DSP的eQEP模块和DA模块来实现转速的测量和控制，大大提高了系统的可靠性和实时性。主要针对永磁同步交流伺服电机的速度控制做了如下工作：
　　第一，根据永磁同步电机的结构，对永磁同步电机定子上的A、B、C三相对称绕组进行坐标变换，推导出PMSM在旋转轴上的数学模型；在此基础上采用基于自抗扰控制（ADRC）技术的永磁同步电机(PMSM)矢量控制策略；根据矢量控制方法，分别设计了永磁同步电机的转速环、电流环自抗扰控制器，改善了永磁同步电机的调速性能，实现了更精确的控制精度。
　　第二，以TMS320F28335芯片为系统的核心处理器，设计了永磁同步交流伺服电机矢量控制系统的硬件结构；利用开发板DA模块产生控制电机伺服驱动器的电压信号，经过电平转换电路控制伺服驱动器，实现了对永磁同步电机的速度控制；利用DSP的eQEP模块实现了对光电编码器脉冲信号的检测，设计了速度检测接口电路，并通过伺服电机的M测速方法获得了电机的转速信息。
　　第三，系统软件开发与调试均采用针对TMS320F28335的CCSV3.3版本。首先对永磁同步电机矢量控制系统的软件进行了整体设计，由主程序和中断服务程序组成；其次说明了系统主程序中各功能模块的功能及实现方式，包括：系统初始化程序模块、DA输出模块、eQEP正交解码计数模块的程序设计等；最后在Rockwell软件平台环境下建立了系统模型，进行了仿真验证。
　　实验表明，永磁同步电机矢量控制系统的自抗扰控制策略与常规的PI控制器相比，基于自抗扰控制的PMSM调速系统具有了无超调、调速范围宽、响应快、抗干扰能力强及鲁棒性强等特点。光电编码器与DSP的正交解码模块配合使用有利于提高伺服系统的控制精度。该系统具有高分辨率、高精度以及快速实时性的优点，使交流伺服电机达到了较好的控制效果。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 交流伺服电机和自抗扰控制器的研究现状

1.3 交流伺服技术的发展趋势

1.4 论文的主要内容

第2章 永磁同步电机及自抗扰控制器的数学模型

2.1 永磁同步电机的结构

2.2 永磁同步电机的数学模型

2.3 自抗扰控制技术

2.4 基于ADRC的PWSM的矢量控制2.4.1永磁同步电机的矢量控制

2.5 本章小结

第3章 基于DSP的PMSM的伺服系统的硬件设计

3.1 系统硬件设计的整体结构

3.2 DSP概述

3.3 DSP外围基本电路设计

3.4 DA输出模块

3.5 编码器反馈模块

3.6 本章小结

第4章 基于DSP的PMSM的伺服系统的软件设计

4.1 控制系统的软件设计

4.2 系统开发环境和C编译器

4.3 交流伺服系统主程序的设计

4.4 各功能模块初始化设计

4.5 本章小结

第5章 实验与结果分析

5.1 DSP电路实验分析

5.2 自抗扰控制器的仿真结果

5.3 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况