基于DSP的直线电机驱动控制系统设计

摘要

相比于传统的旋转电机进给方式，永磁直线同步电机直接驱动技术省略了中间的机械转换机构，以高速、高精密、快响应等优异的特性，在伺服进给系统中得到了广泛的应用。由于永磁同步直线电机在电气控制方面的要求比旋转电机更高，因而必须采用更高效的控制方法，选用精度更高的检测元件。本文针对永磁同步直线电机(PMLSM)，提出采用电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的方式和闭环控制策略相结合对电机进行控制的方法，以数字信号处理器TMS320F2812为控制核心，实现电流、速度、位置三闭环控制。
　　首先在Matlab/Simulink环境下建立该控制方法下的电机数学模型，由于采用id=0控制，因而建立电机在dq轴坐标系下的数学模型，包括电压方程、磁链方程和运动方程;对闭环控制策略和矢量控制进行了详细介绍，同时对SVPWM算法进行了推导，并按照推导出的公式对SVPWM模块进行模型的搭建;搭建了电流、速度和位置闭环模型，并得到了仿真结果，验证了该控制方法的可行性。
　　接着搭建了系统的实验平台，包括硬件电路部分和软件程序部分。硬件电路包括整流模块、采样模块和驱动模块;软件部分是以TMS320F2812为控制器核心，利用CCS3.3开发环境对主程序和中断程序作了编写，包括电机初始定位、电流采样、SVPWM控制算法、电角度计算、速度计算、电机两端检测及位置检测等，并给出了部分的控制流程图。
　　最后，对系统进行实验，通过测量电流、速度和位置的实际波形以及性能分析，证明了该系统的功能的实现，位置环作为最外环可以初步实现功能，提供了一套直线电机驱动系统的方案，为今后实现高精度控制奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 直线电机驱动系统的发展与应用

1．3 直线电机控制策略

1．3．1 矢量控制

1．3．2 直接推力控制

1．3．3 v／f控制

1．4 主要研究工作和论文内容概要

1．4．1 主要研究工作

1．4．2 内容概要

第二章 永磁同步直线电机及其控制策略

2．1 永磁同步直线电机概述

2．1．1 永磁同步直线电机的结构

2．1．2 永磁同步直线电机的基本原理

2．1．3 无铁芯永磁同步直线电机简介

2．2 永磁同步直线电机的数学模型

2．2．1 坐标变换

2．2．2 永磁同步直线电机dq坐标系模型

2．3 矢量控制概述

2．3．1 矢量控制基本原理

2．3．2 永磁同步直线电机矢量控制方法

2．3．3 矢量控制系统的调速方式

2．4 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)

2．4．1 脉宽调制分类

2．4．2 SVPWM调制的基本原理

2．4．3 SVPWM调制的算法实现

2．5 永磁同步电机伺服系统控制策略

2．5．1 控制系统基本结构

2．5．2 闭环控制策略

2．6 本章小结

第三章 矢量控制系统建模仿真分析

3．1 永磁同步直线电机建模

3．2 坐标变换建模

3．2．1 Park变换模型

3．2．2 Park逆变换模型

3．2．3 dq／αβ变换模型

3．3 SVPWM算法建模

3．3．1 扇区判断

3．3．2 计算X，Y，Z

3．3．3 计算T1，T2

3．3．4 计算Ta，Tb，Tc

3．3．5 计算Tcm1，Tcm2，Tcm3

3．3．6 计算Pulse1，Pulse2，Pulse3

3．4 三相电压UA，UB，UC的输出建模

3．5 电流，速度，位置闭环建模

3．6 仿真结果

3．7 本章小结

第四章 控制系统的硬件实现

4．1 控制系统总体构架

4．2 主回路设计

4．3 控制电路设计

4．3．1 DSP控制电路模块

4．3．2 IPM驱动电路

4．3．3 电流检测及调理电路

4．3．4 动子位置检测电路

4．3．5 直线电机端点及零点检测电路

4．4 本章小结

第五章 控制系统的软件设计

5．1 CCS3．3软件开发环境简介

5．2 控制系统的软件总体结构

5．3 主程序模块

5．3．1 初始化模块

5．3．2 动子初始定位模块

5．4 中断服务子程序模块

5．4．1 坐标变换模块

5．4．2 SVPWM计算模块

5．4．3 脉冲发生模块

5．4．4 电流环模块

5．4．5 速度环模块

5．4．6 位置环模块

5．4．7 端点检测模块

5．5 本章小结

第六章 实验研究及分析

6．1 实验平台搭建

6．2 实验结果分析

6．2．1 初始定位

6．2．2 电流环波形

6．2．3 速度环波形

6．2．4 位置环波形

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况