基于dsPIC的交流伺服电机控制装置的设计与实现

摘要

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。
　　本文首先介绍了交流伺服系统的结构组成及其控制方式。针对永磁同步电机，研究60°坐标系下的空间矢量调制策略，该策略减小了运算过程的复杂性。除此之外，还将传统的两电平逆变器升级为三电平逆变器，传统的PI控制算法升级为滑模变结构控制算法。文中从硬件和软件两个方面展开工作:
　　在硬件方面，采用Microchip公司生产的dsPIC30F4011芯片作为系统主控芯片，根据主控芯片的特点设计了模拟给定单元，正交编码器单元，电流反馈单元及其故障处理单元等外围电路。由控制电路输出脉宽调制信号控制三电平逆变器开关动作，从而实现对永磁同步电机的驱动。在软件方面，首先用Matlab/Simulink完成交流伺服系统的仿真，位置环和速度环采用滑模变结构控制算法，逆变器采用60°坐标系下的空间矢量调制策略。然后将交流伺服系统进行功能模块划分，理清各模块之间的关系，给出主程序和中断服务子程序流程图，以MPLAB为开发环境编写C代码并下载到主控芯片中。
　　最后对系统的软硬件进行综合调试。实验结果表明，该控制装置性能稳定，运行可靠，具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 从历史的角度看电机的发展

1．2．2 交流伺服在我国的发展

1．2．3 交流伺服在国外的发展

1．3 交流伺服系统的控制

1．3．1 交流伺服系统简介

1．3．2 交流伺服系统调制策略

1．3．3 交流伺服系统控制策略

1．4 论文主要内容及论文结构

1．5 本章小结

第2章 永磁同步电机的数学模型

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 坐标变换原理

2．2．2 永磁同步电机在三相定子坐标系下的数学模型

2．2．3 永磁同步电机在旋转坐标系下的数学模型

2．3 永磁同步电机的起动和初始定位

2．3．1 永磁同步电机的起动

2．3．2 永磁同步电机的初始定位

2．4 本章小结

第3章 控制装置调制策略的优化与仿真

3．1 三电平逆变器的拓扑结构

3．2 三电平逆变器的工作原理

3．3 三电平逆变器的数学模型

3．4 60°坐标系下SVPWM调制策略的仿真

3．4．1 传统的三电平逆变器SVPWM调制策略

3．4．2 60°坐标系下三电平逆变器SVPWM调制策略

3．4．3 三电平逆变系统的仿真研究

3．5 直流侧中点电位的平衡控制

3．6 本章小结

第4章 滑模控制器的设计与仿真

4．1 PI控制算法简介

4．2 滑模变结构控制理论的提出与发展

4．3 滑模变结构在交流伺服系统中的应用

4．4 滑模变结构控制系统的定义

4．5 滑模变结构控制的设计目标

4．5．1 滑模控制的存在性与可达性

4．5．2 滑模运动方程及其稳定性

4．6 趋近律滑模控制方法

4．7 交流伺服系统趋近律滑模控制器的设计

4．7．1 速度控制器设计

4．7．2 位置控制器设计

4．8 滑模控制系统仿真分析

4．9 本章小结

第5章 系统软硬件设计与实现

5．1 控制单元的选型及应用

5．2 控制单元外围电路设计

5．3 控制系统软件设计

5．3．1 系统初始化

5．3．2 PWM周期设定

5．3．3 电机转速计算

5．4 系统开发环境

5．4．1 MPLAB IDE简介

5．4．2 MPLAB ICD 2简介

5．4．3 系统设计步骤

5．5 系统调试

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢