交流伺服系统转动惯量辨识及其应用

摘要

永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、运行稳定等优点，广泛应用于动态响应速度快、控制精度要求高的数控领域。由于永磁同步电机交流伺服控制系统中系统转动惯量的变化直接影响交流伺服系统的控制性能，实时辨识系统转动惯量，并根据转动惯量辨识结果对交流伺服系统速度环控制参数进行整定优化，对提高交流伺服系统的控制性能具有重要意义。
　　本课题通过对永磁同步电机的数学模型和控制策略的研究，设计了基于转子磁场定向矢量控制和以IGBT功率逆变模块为驱动单元的双核交流伺服系统控制器。控制器的核心部件采用DSP和FPGA设计，并采用FPGA控制USB通讯模块与上位机进行数据传输。在此硬件平台的基础上，完成全数字交流伺服控制系统软件的设计。
　　本文理论研究的重点是转动惯量的辨识方法，针对模型参考自适应辨识算法的收敛速度和辨识精度不能同步提高的缺点，设计变增益模型参考自适应转动惯量辨识算法，并在Matlab/Simulink仿真平台上构建交流伺服系统转动惯量辨识模型。仿真实验结果表明变增益模型参考自适应辨识算法具有收敛速度快和辨识精度高的特点。
　　在仿真研究的基础上，在交流伺服系统硬件平台上进行实验。上位机实时辨识系统转动惯量并带入速度环控制参数自整定算法，计算出当前工作环境下的最优控制参数，并通过USB接口及时将最优控制参数载入控制器中，提高了交流伺服系统的动态响应速度和控制精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外伺服系统研究现状

1．3 转动惯量的辨识方法

1．4 本课题主要研究的内容

第2章 永磁同步电机矢量控制策略

2．1 引言

2．2 永磁同步电机的数学模型

2．2．1 永磁同步电机的坐标变换

2．2．2 永磁同步电机在d-q坐标系中的数学模型

2．3 永磁同步电机矢量控制原理

2．4 空间矢量脉宽调制

2．4．1 电压与磁链空间矢量关系

2．4．2 电压空间矢量合成原理

2．4．3 电压空间矢量作用时间

2．5 交流伺服系统的控制方案

2．6 本章小结

第3章 交流伺服系统转动惯量辨识算法研究

3．1 引言

3．2 模型参考自适应原理

3．3 模型参考自适应辨识算法设计

3．4 基于模型参考自适应辨识算法的转动惯量辨识仿真

3．4．1 不同增益因子辨识算法仿真

3．4．2 变转动惯量辨识仿真

3．5 变增益模型参考自适应辨识算法设计

3．6 变增益模型参考自适应辨识算法仿真

3．7 本章小结

第4章 交流伺服系统控制器的硬件设计

4．1 引言

4．2 交流伺服系统硬件结构

4．3 FPGA和DSP数字控制电路

4．3．1 DSP芯片选型介绍

4．3．2 FPGA芯片选型介绍

4．3．3 DSP和FPGA主要信号接口设计

4．4 控制器供电电路设计

4．5 反馈信号检测调理电路

4．5．1 电流检测及调理电路

4．5．2 位置信号检测及调理电路

4．6 PWM信号隔离驱动电路设计

4．7 USB接口电路设计

4．7 本章小结

第5章 交流伺服系统软件设计及实验分析

5．1 引言

5．2 交流伺服系统的软件设计

5．2．1 控制系统软件的总体结构

5．2．2 主程序

5．2．3 主中断服务程序

5．2．4 功能模块的程序设计

5．3 系统调试及实验

5．4 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的成果

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目