基于DSP两相混合式步进电机矢量控制的研究

摘要

本文以当前应用最广泛的两相混合式步进电机为研究对象,介绍了一种基于DSP的步进电机驱动器设计方案。在驱动器硬件平台搭建中,以TMS320F2812为电机控制器,文中给出了包含电流采样/调理电路、过流保护电路、隔离电路在内的辅助电路及电机功率驱动电路。鉴于矢量控制策略在高性能电机控制系统中取得的良好应用效果,本文首先给出了带PI控制器的两相混合式步进电机矢量控制方案。该方案在逆变电路中采用SVPWM调制策略,dq轴电流闭环输出经由PI控制器得到基本电压矢量,坐标变换后作为PWM环节的输入。由于PI控制器无法有效应对步进电机系统非线性耦合及内外扰动干扰等影响,本文对上述方案进行了改进,提出以ADRC控制器取代PI控制器的设计方法,通过加入对系统内外扰动的动态补偿来提高电机控制性能。

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摘要

Abstract

目录

1 绪论

1.1 论文选题背景

1.2 步进电机驱动器设计概述

1.2.1 常用电机控制芯片

1.2.2 步进电机典型驱动方式

1.2.3 步进电机控制策略概述

1.3 论文结构安排

2 两相混合式步进电动机原理及其特性分析

2.1 混合式步进电机

2.2 两相混合式步进电动机工作原理

2.3 步进电机运行特性分析

2.3.1 静态转矩特性

2.3.2 动态转矩特性

2.3.3 暂态转矩特性

2.4 两相混合式步进电机数学模型

2.5 本章小结

3 两相混合式步进电机矢量控制方案

3.1 两相混合式步进电机矢量控制原理

3.1.1 电机 dq 轴坐标定义

3.1.2 矢量控制坐标变换

3.2 两相电压 SVPWM 技术

3.2.1 两相电压 SVPWM 的特点

3.2.2 两相 SVPWM 设计思路

3.3 系统 Simulink 建模分析

3.4 本章小结

4 自抗扰技术在步进电机矢量控制方案中的应用

4.1 自抗扰控制

4.2 电流自抗扰控制器结构设计

4.3 电流自抗扰控制器参数整定

4.4 系统 Smiulink 建模分析

4.5 本章小结

5 基于 DSP 的步进电机驱动器硬件电路设计

5.0 控制器芯片 F2812 最小系统设计

5.0.1 时钟电路

5.0.2 复位电路

5.0.3 电源电路

5.0.4 JTAG 接口电路

5.1 功率驱动电路

5.2 驱动器辅助电路

5.2.1 电流采样/调理电路

5.2.2 过流保护电路

5.2.3 其它电路设计

5.3 电路元件参数选择及性能分析

5.4 本章小结

6 系统测试

6.1 驱动器软件实现

6.1.1 主程序设计

6.1.2 定时器中断服务子程序设计

6.1.3 其它中断子程序设计

6.2 实验结果分析

6.3 本章小结

总结与展望

参考文献

作者简历

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