基于DSP的直线电机驱动控制系统的研究

摘要

相对于传统的旋转电机而言，采用直线电机进行驱动控制具有高精度、高能量转换效率、响应速度快的特点。为了进一步地提高永磁同步直线电机的速度响应和稳态精度，并且抑制推力波动对直线电机运行产生的影响，设计了一套直线电机的硬件平台和软件平台，并主要使用了矢量控制算法、SVPWM算法、H∞控制算法、零相位控制器对直线电机进行控制，在稳态性能和动态响应的指标上达到了很好的效果。
　　首先介绍了直线电机的基本工作原理，在此基础上建立了PMLSM的数学模型。在引入矢量控制和SVPWM算法之后，给出了PMLSM的整体控制策略，为全文奠定基调。
　　接着引入Ziger-Nichlol法整定PID控制器的参数，对H∞控制算法、零相位控制器进行了理论分析和MATLAB仿真，仿真结果表明:在H∞控制器和ZPETC的共同作用下，速度响应和推力波动率明显优于传统的PID控制。
　　软硬件的设计是整个控制系统的重要部分，对硬件部分的DSP F2812开发板和电机驱动板进行了详尽的阐述。在软件部分，对主程序进行了分析介绍，再分别对脉冲位置控制程序、光电传感器检测反向程序、H∞控制算法、ZPETC算法、SVPWM算法模块、位置信号捕获环节、电流采样模块、PID控制器模块流程图进行了分析研究。
　　最后，为了验证整套控制系统实际的运行效果，进行了PMLSM的常规运动实验、激光干涉仪测位置误差实验以及推力实验。结果表明:在ZPETC的作用下，PMLSM的位置精度优于PID控制器;在H∞控制器的作用下，PMLSM的速度响应和推力波动率优于单纯PID控制器，充分体现了控制系统设计的有效性，为后续的研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章　绪论

1．1 本文的研宄背景和意义

1．2 直线电机驱动系统的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容和各章概要

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 各章内容安排

第二章 永磁同步直线电机的数学模型和基本控制方法

2．1 永磁同步直线电机的基本原理

2．2 永磁同步直线电机的数学模型

2．2．1 三相静止坐标系下PMLSM的动态数学模型

2．2．2 坐标变换

2．2．3 两相旋转坐标系下PMLSM的动态数学模型

2．3 矢量控制

2．4 空间电压矢量调制SVPWM技术

2．4．1 SVPWM的基本原理

2．4．2 SVPWM控制算法

2．5 永磁同步直线电机的整体控制策略

2．6 本章小结

第三章 鲁棒与零相位误差控制策略的理论分析与仿真

3．1 Ziger-Nichlol法整定PID控制器的参数

3．2 鲁棒H∞控制策略

3．2．1 PMLSM的状态空间模型

3．2．2 直线电机的H∞控制算法

3．3 ZPETC的控制策略

3．4 不同控制策略的MATLAB仿真

3．5 本章小结

第四章 控制系统的硬件和软件设计

4．1 控制系统的硬件设计

4．1．1 硬件部分整体结构

4．1．2 DSP F2812在PMLSM控制中的应用

4．1．3 控制驱动板的设计

4．2 控制系统的软件设计

4．2．1 软件部分整体结构

4．2．2 主程序算法

4．2．3 中断程序

4．3 本章小结

第五章 实验研究与分析

5．1 实验平台和基本操作

5．2 基本实验波形的测量和分析

5．3 激光干涉仪测量直线电机位置误差实验

5．3．1 激光干涉仪原理

5．3．2 激光干涉仪测量位置精度的实验分析

5．4 永磁同步直线电机的推力实验

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间论文和成果清单