基于CAN总线的全数字交流伺服系统的研究与开发

摘要

随着现代工业的不断发展，伺服系统的应用日益广泛，对其性能的要求也越来越高。特别是在导航系统、雷达天线、数控机床、机器人等领域，要求伺服系统具有高速、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力。全数字控制能够使系统获得高精度和高可靠性，而且具有较强的抗干扰能力和极好的柔性。数字信号处理(DSP)技术的发展为实现全数字控制奠定了基础；永磁同步电机则更适用于高性能的运动控制场合；总线化是工业控制系统的一个发展方向，基于CAN(ControllerAreaNetwork)总线的伺服系统在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面有明显的优越性。因此研究基于CAN总线的数字伺服系统具有重要意义。 本文的主要内容包括以下几个方面： (1)分析了伺服系统和永磁同步电机的数学模型，对空间矢量控制做了系统的研究，给出了空间矢量控制的DSP实现方法。 (2)给出了伺服控制器的硬件设计，选用美国TI公司专门为数字运动和电机控制推出的DSP控制器TMS320LF2407来实现交流伺服系统。系统的硬件电路设计包括：DSP外围扩展电路、功率驱动电路、电流和速度检测以及CAN接口电路。采用电磁隔离霍尔元件进行电流检测，采用了IGBTCPV363M4K模块组成逆变桥来实现功率主回路直流到交流的逆变。 (3)给出了交流伺服系统的全闭环软件实现方案。开发了CAN通讯模块子程序。闭环程序由主程序和中断服务程序组成，在中断服务程序中进行电流环和速度环的调节。 (4)系统采用了软件集成开发环境CC(CodeComposer)进行了软件编程，并通过中泰康的DSP硬件仿真器与Technosoft开发系统进行了硬件调试。实验表明：双闭环的永磁数字交流伺服系统拥有很高的速度和位置控制性能。 (5)研究了数字伺服系统的PID控制及其改进算法控制策略。采用最新人工智能理论，探讨了伺服系统单神经元参数自调整控制理论与实时控制方法，解决了伺服系统参数的在线调整和自适应问题。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章永磁同步电机结构及其数学模型

第三章控制系统硬件设计

第四章系统软件设计

第五章新型控制理论在永磁交流伺服系统中的应用

第六章结论

参考文献

致谢