全数字交流伺服电机驱动器的研制

摘要

随着微处理器技术、电力电子技术和电机永磁材料制造工艺的发展，以永磁同步电动机作为执行电机的交流伺服系统在高精度运动控制和驱动领域得到了越来越广泛的应用，是当前的一个研究热点，因此，研制高性能交流伺服电机驱动器有着十分重要的现实意义。 本文首先介绍了交流伺服系统及其相关技术的发展概况，分析了永磁同步电机的结构特点，建立了它的数学模型，深入研究了永磁同步电机的矢量控制方法，并在此基础上确立了一种全数字交流伺服系统的控制方案。 硬件方面，采用电机控制专用处理器 TMS320LF2407作为控制电路的核心，以三相不控整流模块、大容量电解电容和智能功率模块PS21564构成交-直-交电压型主回路，由控制电路输出PWM信号来触发主回路逆变器的动作从而实现对永磁同步电机的驱动。根据TMS320LF2407和PS21564的特点，设计了电流检测电路、速度/位置检测电路、模拟量输出电路、故障检测及保护电路等外围电路，从而构成了一个完整的用于交流电机控制的通用硬件平台。 软件方面，电机控制算法由DSP编程实现，采用基i<,d>=O的转子磁场定向矢量控制方法，完成永磁同步电机的解耦控制，位置调节器和电流调节器采用常规PI控制算法，速度调节器则采用模糊自整定PI控制算法，逆变器采用SVPWM调制策略。此外，为了方便现场调试和实际应用，还设计操作面板和通讯接口，并开发了上位机的监控软件。 最后对系统的软硬件进行了综合调试，在此基础上做了大量的实验测试，实验结果表明，该驱动器性能稳定，运行可靠，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1课题的目的和意义

1.2交流伺服电机控制技术发展综述

1.2.1交流伺服系统简介

1.2.2交流伺服系统相关技术的发展概况

1.2.3永磁同步电机驱动技术的发展趋势

1.3论文主要内容及论文结构

1.4本章小结

第二章永磁同步电机的矢量控制原理及其实现

2.1永磁同步电机的结构及特点

2.2永磁同步电机的数学模型

2.2.1坐标变换及变换矩阵

2.2.2数学模型

2.3永磁同步电机的矢量控制方法

2.4基于id=0控制方式的永磁同步电机调速系统

2.4.1 id=0控制方案的实现

2.4.2永磁同步电机的初始定位

2.5本章小结

第三章交流伺服电机驱动器的总体方案设计

3.1交流伺服电机驱动器的功能设置及总体结构

3.1.1功能设置

3.1.2总体结构

3.2调节器的控制策略

3.2.1电流调节器的设计

3.2.2速度调节器的设计

3.2.3位置调节器的设计

3.3基于SVPWM的逆变器调制策略

3.4本章小结

第四章交流伺服电机驱动器的硬件设计

4.1主回路设计

4.1.1直流母线电压等级

4.1.2整流电路

4.1.3滤波电路

4.1.4逆变电路

4.2信号检测及保护电路设计

4.2.1电流检测

4.2.2位置/速度检测

4.2.3直流母线的欠压/过压保护

4.2.4软起动电路

4.2.5 IPM保护电路

4.3控制电路设计

4.3.1 DSP最小系统

4.3.2 DSP接口电路设计

4.4操作面板的硬件设计

4.5系统电源解决方案

4.6本章小结

第五章交流伺服电机驱动器的软件设计

5.1软件设计概述

5.2系统软件的总体结构

5.3控制算法的实现

5.3.1常规PI控制算法

5.3.2模糊自整定PI控制算法

5.3.3 SVPWM的软件实现

5.4功能软件的开发

5.4.1 RS-232/485串口通讯协议的设计

5.4.2 CAN总线通讯程序的初步设计

5.4.3操作面板的软件设计

5.4.4上位机监控软件开发

5.5本章小结

第六章系统调试与课题总结

6.1系统调试

6.1.1单元调试

6.1.2系统连调及结果分析

6.2课题总结

6.2.1课题研究的成果

6.2.2改进建议及后续研究工作展望

6.3本章小结

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果