基于TMS320F2812的永磁同步电机矢量控制系统设计与实现

摘要

永磁同步电机具有转动惯量低、体积小、结构相对简单、效率高的优点，使其在交流调速系统中占据非常重要的位置。近年来，随着永磁材料价格的下降和永磁同步电机控制技术的快速发展，永磁同步电机越来越广泛地应用于工业场合的各种交流调速系统中，特别是高精的伺服控制系统。
　　本文深入研究了永磁同步电机矢量控制系统的工作原理、模型建立和仿真验证，采用TMS320F2812数字信号处理器为控制芯片，完成了永磁同步电机矢量控制系统的软硬件设计与实现，并对交流调速实验平台进行搭建和实验验证，可以实现高性能的数字化调速算法及智能控制算法实验。具体而言，本文的主要研究工作及成果如下：
　　（1）建立了永磁同步电机在三相静止坐标系下和两相旋转坐标系下的数学模型，结合矢量控制原理和电压空间矢量脉宽调制方法，使用Embedded Coder中Texas instruments C2000工具箱的仿真模块，建立了永磁同步电机矢量控制调速系统仿真模型，仿真验证了永磁同步电机矢量控制系统交流调速的正确性和可行性。
　　（2）为了进一步减小永磁同步电机控制系统设计的成本，针对传统系统中需要较多的电流传感器的问题，提出了一种由母线电流重构三相电流的控制技术，并进行相关的软硬件设计，实验结果也验证了该技术的正确性和有效性。
　　（3）以TMS320F2812数字信号处理器为控制芯片，设计了永磁同步电机矢量控制系统的控制板电路和功率驱动板电路。控制板电路包括控制芯片和完善的外围电路；功率驱动电路包括电源电路、系统主电路、信号检测电路和系统保护电路。
　　（4）在硬件平台建立的基础上，设计了永磁同步电机矢量控制系统的主程序、中断服务子程序、转子位置及转速计算程序、空间电压矢量调制程序等。以此为基础，搭建了永磁同步电机矢量控制系统的交流调速实验平台，完成了系统空载启动实验、给定转速突增和突减实验、负载转矩突增和突减实验。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 永磁同步电机的发展趋势

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容及章节安排

1.5 本章小结

第二章 永磁同步电机的数学模型与矢量控制原理

2.1 永磁同步电机的结构及其工作原理

2.2 永磁同步电机的数学模型

2.3 矢量控制原理及其控制方法

2.4 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理及算法设计

2.5 本章小结

第三章 永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

3.1 永磁同步电机矢量控制系统仿真结构图

3.2 永磁同步电机矢量控制系统模型的建立

3.3 永磁同步电机矢量控制系统模型仿真及分析

3.4 本章小结

第四章 永磁同步电机矢量控制系统硬件设计与实现

4.1 永磁同步电机矢量控制系统硬件结构图

4.2 TMS320F2812介绍

4.3Altium Designer 9.0介绍

4.4 永磁同步电机矢量控制系统硬件电路设计

4.5 永磁同步电机矢量控制系统硬件电路实现

4.6本章小结

第五章 永磁同步电机矢量控制系统软件设计与实现

5.1 集成开发环境CCS介绍

5.2 数据处理格式

5.3 软件总体结构分析

5.4 软件主要功能模块分析

5.5 实验平台搭建及实验结果分析

5.6 本章小结

结论

研究工作总结

进一步的研究工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间申请的国家专利

攻读硕士学位期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间参加竞赛获奖项目

致谢