交流伺服电机驱动器及其通讯技术的研究

摘要

伺服系统作为现代工业生产设备的重要驱动源之一，是工业自动化不可缺少的基础技术，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用。数控系统作为伺服电机的一个重要应用领域，对伺服系统提出了特殊的要求。伺服电机驱动器的设计应充分考虑现今数控系统的发展方向和对伺服电机驱动器的要求。随着数控系统本身复杂性的不断增长，为适应市场需求，数控系统逐渐朝着开放式数控系统的方向发展。而基于Windows系统的开放型数控系统面临的一个很大的问题就是如何在非实时性的Windows操作系统中运行实时性任务。如何设计一个伺服控制系统，能够以另一种方法解决Windows系统下的实时性问题；如何能够做到多个伺服控制器同时服务于数控系统并使其联动。
　　本文以上面两个问题为中心，分析了伺服控制系统与主机之间的通讯问题。开放型数控系统与Windows的实时通讯是伺服电机控制指令的承载体，实时通讯的可靠性及传输速率等性能直接影响着数控系统的性能。本文选择了基于USB2.0协议的通讯接口，以获得高速的通讯速度和伺服系统可扩展性能。同时，本文还设计开发了伺服系统指令存储缓冲区。设计合理的指令缓冲区能够大大缓解通讯延迟，提高嵌入式系统的实时控制性能。
　　为取得良好的电机控制性能，本文以交流电机的矢量控制理论为基础建立了永磁同步电机的矢量解耦控制模型，并以这个模型为基础，设计了基于DSP+FPGA架构的伺服控制系统，在DSP和FPGA上实现了电机的矢量控制算法。同时还设计了高速高精度的电流检测电路，速度检测电路，使控制系统真正实现位置、速度、电流三闭环控制。

目录

交流伺服电机驱动器及其通讯技术的研究

THE RESEARCH ON SERVO DRIVER AND ITS COMMUNICATE TECHNOLOGY

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 伺服技术的发展

1.3 本课题主要研究的内容

第2章 永磁同步电机控制原理

2.1 永磁同步电机控制策略的研究

2.2 电压空间矢量脉宽调制原理

2.3 电机参数的PU模型及定点小数算法

2.4 本章小节

第3章 基于USB的伺服驱动器构成和运行原理

3.1 伺服驱动器系统研究目的

3.2 基于USB的伺服驱动系统结构

3.3 本章小节

第4章 基于USB的伺服驱动器的研制

4.1 伺服驱动器系统总体电路设计

4.2 基于USB的通讯系统的研制

4.3 电压空间矢量脉宽调制电路设计、死区逻辑及死区补偿

4.4 转子位置、速度、电角度检测及数据规格化

4.5 电流检测电路及电流值规格化

4.6 控制算法的DSP实现

4.7 本章小结

第5章 系统调试实验与结果

5.1 实验结果及分析

5.2 本章小结

结论

参考文献

附录 控制器主要电路原理图

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致谢