交流永磁同步伺服电机控制系统研究

摘要

随着现代电力电子技术、先进电机控制理论以及高速数字信号处理器(DSP)的发展，交流电机的伺服控制在性能上已经可以媲美于直流电机。交流永磁同步伺服电机正以其功率因数高、转动惯量小、没有励磁损耗等优点逐步的取代直流电机，在交流伺服控制领域中占据主导地位。
　　本文首先介绍了交流永磁同步伺服电机控制系统的背景及意义，并建立了交流永磁同步伺服电机的数学建模。通过分析该类电机的三种控制策略和控制系统的要求，选择了直轴电流为零的控制策略，设计了控制系统结构框图。然后在MATLAB/Simulink仿真环境中完成了控制系统的建模与仿真，并详细介绍了七段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)波的生成原理。仿真结果表明，设计的交流永磁同步伺服电机的控制系统具有良好的动、静态性能。
　　根据交流永磁同步伺服电机控制系统的要求，完成了以TI公司DSP2812作为控制核心的控制系统硬件电路的设计。主要硬件电路包括三相逆变主电路、光耦隔离电路、电流采集电路、转速和位置检测电路等。在软件编程方面采用了模块化的思想，通过中断触发实现各个模块的功能，并且利用DSP实现了信号采集、PI调节、SVPWM生成等多个模块的全数字化编程。最后在设计的控制系统实验平台上完成了实验研究，实验结果验证了设计的交流永磁同步伺服电机控制系统的正确性和可行性。

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 交流永磁同步伺服电机控制系统研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容及章节安排

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 论文章节安排

第2章 交流永磁同步伺服电机的数学模型及控制原理

2．1 永磁同步伺服电机的物理结构及特点

2．2 永磁同步伺服电机的数学模型

2．2．1 坐标系的定义

2．2．2 坐标变换

2．2．3 永磁同步伺服电机的数学模型

2．3 永磁同步伺服电机的控制原理

2．3．1 永磁同步伺服电机控制策略简介

2．3．2 永磁同步伺服电机控制系统

2．4 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术的实现

2．4．1 SVPWM产生原理

2．4．2 SVPWM线性组合算法

2．5 速度计算和转子位置检测

2．6 本章小结

第3章 交流永磁同步伺服电机控制系统仿真研究

3．1 仿真模块的搭建

3．1．1 坐标变换模块

3．1．2 SVPWM产生模块

3．1．3 PI调节器模块

3．2 仿真结果分析

3．2．1 位置伺服控制仿真

3．2．2 速度伺服控制仿真

3．3 本章小结

第4章 交流永磁同步伺服电机控制系统的硬件设计

4．1 TMS320F2812的结构和功能

4．2 控制系统主电路

4．3 驱动隔离电路

4．3．1 驱动电路设计

4．3．2 光电隔离电路设计

4．4 电流检测及放大电路

4．5 过流过压保护电路

4．6 编码器输出信号调理电路

4．7 辅助电源电路

4．8 本章小结

第5章 交流永磁同步伺服电机控制系统的软件设计及实验验证

5．1 控制系统主程序设计

5．2 控制系统中断子程序设计

5．2．1 SVPWM子程序模块

5．2．2 电流采集子程序模块

5．2．3 转速和位置检测子程序模块

5．2．4 PI调节器子程序模块

5．3 实验结果分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介