基于DSP的全数字永磁同步电机伺服控制器的研究

摘要

随着现代化工业和科技的不断发展及进步,伺服控制系统在很多行业得到日益广泛应用,针对不同的应用场所,对其性能要求也就越来越苛刻。由于永磁同步电机伺服系统具有高精度、高动态性能和大范围速度与位置伺服控制的特点,对它的深入研究已成为广大科研工作者所关注的焦点。本文主要进行全数字化永磁同步电机伺服驱动器的研制,描述了永磁同步电机的数学模型以及控制所采用的空间矢量控制原理。在系统硬件设计方面,采用TMS320LF2407DSP数字信号微处理器,并辅以智能功率输出模块FSAM20SH60A构成交流伺服控制系统并详细介绍了整个系统的硬件设计。由于驱动器工作环境不同,其所遇到电磁环境也是多种多样的,为保证驱动器安全稳定的运行,本文简述了伺服驱动器的抗干扰设计。最后进行了系统实验,验证驱动器性能。本为通过研究,提出了伺服驱动器的硬件和抗干扰设计,并设计了四种主要的控制方式,通过实验验证其可行性,最终得到了一套实用的交流伺服驱动器的设计方案。这对今后控制算法的进一步研究具有一定的参考意义。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 伺服系统的发展概况

1.1.1 伺服系统的发展历史

1.1.2 伺服驱动器

1.2 技术发展趋势

1.3 本课题的目的和意义

1.4 本课题的背景及主要研究内容

2 永磁同步电机模型及空间矢量脉宽调制

2.1 永磁同步电机模型

2.1.1 PMSM 的物理模型

2.1.2 PMSM 等效电路

2.1.3 PMSM 解耦状态方程

2.2 坐标变换

2.2.1 3/2 变换(CLARK 变换)

2.2.2 3s/2r变换(PARK 变换)

2.2 空间矢量脉宽调制算法（SVPWM）

2.2.1 SVPWM 的基本原理

2.2.2 SVPWM 算法

2.2.3 SVPWM 性能优化

3 伺服系统硬件设计

3.1 硬件设计总体构架

3.2 控制电路设计

3.2.1 TM5320LF2407 DSP 控制器概述

3.2.2 DSP 外围电路设计

3.3 电源模块设计

3.4 驱动与逆变电路

3.4.1 逆变器主电路

3.4.2 电流采样电路

3.5 速度与位置检测电路模块

3.6 故障保护电路

4 抗干扰和电磁兼容性设计

4.1 概述

4.2 电磁干扰与抑制电磁干扰的原则

4.3 硬件的抗干扰设计

4.4 PCB 布局时考虑电磁兼容遵循的原则

4.4.1 旁路或去耦电容的设计

4.4.2 PCB 地层分割处理

4.4.3 PCB 的走线布局

5 伺服驱动器实验

5.1 伺服驱动器控制原理

5.2 实验系统介绍

5.3 所做实验及结果

5.3.1 转矩转速仪调零

5.3.2 带负载启动实验

5.3.3 速度正反转切换实验

5.3.4 定位控制实验

5.3.5 外部转矩转速控制

结论

参考文献

附录A 主板PCB 顶层与底层图

附录B 电源、驱动板PCB 图

附录C 伺服驱动器电源板和控制板实物图

附录 D 伺服驱动器控制原理框图

附录E 实验平台实物图

作者简历

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