无轴承永磁电机数字控制系统设计与实现

摘要

无轴承永磁同步电机是具有磁轴承功能和优点的一种新型特种电机，由于其特殊结构及悬浮无接触运行，在生物医药工程、半导体制造业、食品加工、飞轮储能、机器人、航空航天等特殊电气传动领域具有潜在广泛的应用前景，因此，对无轴承永磁同步电机的研究引起了广泛的关注。本文采用DSP数字信号处理器，重点研究了无轴承永磁同步电机数字控制系统。 首先分析无轴承永磁电机中的电磁力产生机理，系统介绍无轴承永磁同步电机运行的基本原理，推导出径向悬浮力和径向力绕组中电流等之间的数学关系；然后，根据无轴承永磁同步电动机径向力产生的机理和数学模型，提出采用转子磁场定向的矢量控制策略对无轴承永磁解耦控制。 其次设计了数字控制系统的硬件平台，详细介绍了硬件系统的构成并开发了基于TMS320LF2407A的数字控制系统软件，给出了各个功能模块的流程图。并针对实验系统中存在的干扰，在构建实验系统时采取了相应的硬件和软件抗干扰措施。 最后，构建了整个数字控制系统，开发了控制系统软件图形用户界面，对系统的硬件、软件进行了实验调试，给出了相关实验结果，并进行了分析，通过局部实验和测试，验证控制系统算法正确性。

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第一章绪论

1.1无轴承电机研究的发展过程

1.1.1无轴承电机研究的历史背景

1.1.2无轴承电机的发展现状

1.1.3无轴承电机的发展趋势

1.2数字控制技术简介

1.2.1数字控制技术与模拟控制技术的区别

1.2.2数字控制器介绍

1.3论文工作及内容安排

1.3.1论文工作的思路

1.3.2本文内容安排

第二章无轴承永磁同步电机运行原理的研究

2.1引言

2.2无轴承永磁同步电机工作原理

2.3无轴承永磁同步电机的数学模型

2.3.1永磁同步电机的数学模型

2.3.2无轴承永磁同步电机的数学模型

2.4无轴承永磁同步电机转矩力与悬浮力的控制策略

2.5本章小结

第三章无轴承永磁同步电机数字控制系统的硬件实现

3.1引言

3.2主控制器介绍

3.3位移传感器及接口调理电路

3.4速度传感器及接口调理电路

3.5电流信号调理电路

3.6串行通信模块

3.7本章小结

第四章无轴承永磁同步电机数字系统软件实现

4.1引言

4.2实验系统的软件

4.2.1数字控制系统软件开发工具简介

4.2.2控制系统软件设计模式选择

4.2.3软件总体流程图

4.3功能模块

4.3.1初始化模块

4.3.2电机转子初始定位

4.3.3转子位置及转速计算

4.3.4转速环数字PID调节子程序

4.3.5坐标变换子程序

4.3.6 A/D转换子程序

4.3.7位置环数字PID调节子程序

4.3.8力/电流变换子程序

4.3.9 D/A输出子程序

4.3.10通信界面设计

4.4小结

第五章系统抗干扰设计

5.1引言

5.2 DSP电磁兼容性问题

5.3抗干扰的措施

5.3.1硬件抗干扰技术

5.3.2软件抗干扰技术

5.4本章小结

第六章系统实验调试与结果分析

6.1引言

6.2传感器及其接口调试

6.2.1位移传感器及接口

6.2.2速度传感器及接口

6.3实验软件调试结果与分析

6.3.1转矩绕组

6.3.2悬浮绕组

6.4本章小结

第七章工作总结与展望

7.1论文主要工作

7.2需进一步需要研究的工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文