基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究

摘要

本论文根据数控机床数控系统全数字化的时代要求，提出了一种基于DSP(Digital Signal Processing)的数控机床闭环伺服驱动系统，该系统可运行SVPWM(Space'Vector Pulse Width Modulate)和无速度传感器的DTC(Direct'rorque Contr01)两种控制方式，并可进行数据采样直线和圆弧的基本插补。同时对该系统进行了研究和实验，尤其是检测电流的滤波进行了仿真和实验，保证了在DTC控制状态下的电流的高质量。确定用无速度传感器的DTC控制方式优于SVPWM的方法。 本文从数控机床的组成、工作原理以及伺服驱动系统出发，从而构思出基于DSP的数控机床闭环伺服驱动系统。伺服驱动系统采用的S'VPWM理论和无速度传感器直接转矩控制技术做了详细论述，主要是SVPWM技术中的调制比和电压利用率的关系、矢量控制和直接转矩控制相结合的无速度传感器DTC控制技术。 在此基础上，本文对该伺服驱动系统的硬件设计方面做了详细说明。基于：MOSFET'管的电压型逆变器，驱动电路，滤波电路和传感器的选择，DSP外围电路的设计等做了介绍。 鉴于DTC技术中检测电流在转速估算时起到了举足轻重的作用，本文对由电流传感器检测回来的电流不仅做了硬件上的滤波，也应用了自适应陷波滤波技术，并做了实验。由于自适应陷波滤波技术跟不上实时控制速度要求的不现实性，于是采用了一种新的跟踪微分滤波器，并对其离散形式的理论形式做了详述，在此式上为了能够很好地应用在伺服驱动系统上，做了相应的参数改进，针对该新型滤波功能的性能做了一定的分析后，又对矢量控制和直接转矩控制相结合的无速度传感器直接转矩控制方案中的速度估计策略提出了一种新的相应的算法，且做了电机性能方面的讨论，并对该算法进行了仿真和实验，得到了预期的效果。本文对该系统的基于DSP的软件设计也做了说明，着重论述DTC、定子磁场定向和转子磁场定向相结合的无速度传感器DTC速度估计算法DSP软件实现，还对数控系统的基本插补算法的软件实现做了简单研究，主要包括数据采样直线和割线法圆弧插补，并对两种SVPWM和无速度传感器DTC控制方法所做的实验结果做了分析。 由于资金和时间的限制，该实验系统是一个研究型实验台，目的是为了用实物来验证算法和滤波方案及其它相关方案是否可行，为今后的研究工作和产品化打下一个良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本论文研究背景

1.2本论文研究的主要内容

1.3本论文研究的目的和意义

2基于DSP的数控机床伺服驱动系统方案

2.1数控机床的组成

2.2数控机床工作原理

2.3插补方法的分类

2.4数控机床的伺服系统

2.5基于DSP的数控机床伺服驱动系统方案

2.6小结

3脉宽调制及DTC控制技术理论基础

3.1概述

3.2 SPWM控制技术

3.3 SVPWM控制技术

3.4无速度传感器DTC调速系统

3.5小结

4基于DSP数控机床交流伺服驱动系统的硬件设计

4.1系统硬件组成

4.2逆变器模块

4.3功率MOSFET管的驱动控制电路

4.4传感器的选择及滤波电路

4.5 DSP控制板及外设

4.6小结

5交流电机电流质量的滤波技术研究

5.1影响检测电流质量的因素及滤波重要性

5.2滤波方案研究

5.3自适应陷波滤波理论及实现

5.4跟踪-微分器滤波原理及仿真实验

5.5小结

6基于DSP的软件设计及实验

6.1概述

6.2 TMS320LF2407A简介

6.3 DSP控制交流调速及插补软件实现

6.4实验

6.5 小结

7结论及展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢