基于TMS320LF2407A的交流永磁速度伺服系统的软件设计与实现

摘要

由稀土永磁体钕铁硼(NdFeB)构成转子的永磁同步电机(PMSM)，由于钕铁硼的高磁能积和高矫顽力，使得永磁同步电机具有了结构简单、体积小、重量轻、效率高和特性好等一系列的优点，逐渐被新一代航空、航天以及民用电机所采用。 本文首先对基于数字信号处理器(DSP)的永磁同步电机速度伺服系统的结构和发展进行了介绍，然后介绍了永磁同步电机的数学模型，永磁电机的矢量控制方式以及正弦波的空间矢量实现方式(SVPWM)，并对这些方法在永磁同步电机上的应用进行了介绍。然后对全数字速度伺服系统的软硬件结构进行了说明。在此基础上，对系统的电流和速度双闭环的频率特性和稳定性进行了详细分析，利用Matlab/Simulink建立了整个速度伺服系统的模型，并对系统进行了仿真和试验，得到相应的仿真波形和实际波形，从而验证系统设计以及PI参数的正确性。同时，对电机启动转子定位以及电流检测滤波进行了分析，并给出了试验波形。 在理论和仿真的基础上，本文重点对全数字速度伺服系统的软件设计和实现进行了重点阐述，并在最后给出了实验波形。从实验波形上可以看出速度伺服系统有着良好的动静态性能，较大的低速转矩和较宽的调速范围，这一方面验证了前面的理论和仿真分析，另外也为该系统的深入研究和开发奠定了坚实的基础。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1伺服系统种类

1.1.2交流永磁伺服系统国内外发展现状

1.1.3交流永磁伺服系统发展趋势

1.2 目前存在的问题和解决方法

1.2.1系统处理能力

1.2.2调节器的PI参数整定

1.2.3转子初始位置检测

1.2.4电流检测

1.2.5 SVPWM信号的实现

1.3 本论文研究的主要内容

1.4 论文工作安排

第二章 永磁同步电机矢量控制和空间矢量脉宽调制

2.1 永磁同步电机

2.2 矢量控制的基本概念

2.3 永磁同步电机数学模型

2.4 永磁同步电机的矢量控制原理

2.5 空间矢量脉宽调制(SVPWM)

2.5.1空间矢量PWM的控制方法

2.6 本章小结

第三章 速度伺服系统频域分析及PI控制器设计

3.1 速度伺服系统的频域模型

3.2 电流环分析和设计

3.2.1电流环模型推导

3.2.2电流环调节器参数估算

3.2.3电流环性能分析

3.3 速度环分析和设计

3.3.1速度环模型推导

3.3.2速度环调节器参数估算

3.3.3速度环性能分析

3.4 本章小结

第四章 基于DSP TM320LF2407A的速度伺服系统的设计

4.1 交流永磁伺服系统的基本结构

4.2 系统硬件构成

4.2.1 TMS320LF2407A型DSP及应用简介

4.2.2转速测量和转子磁极位置检测

4.2.3电流检测、电压检测和模拟量输入

4.2.4系统主电路

4.3 全数字速度交流伺服系统的软件设计

4.3.1软件设计

4.3.2总体软件介绍

4.3.3重要程序模块详细介绍

4.4 本章小结

第五章 转子初始位置检测及电流滤波

5.1 转子初始位置检测

5.1.1电机磁场及反电动势分析

5.1.2增量式码盘在使用中电机转子位置的检测与定位

5.2 电流滤波

5.2.1滤波器设计

5.2.2均值滤波器设计

5.2.3 FIR低通滤波器设计的切比雪夫逼近法

5.2.4实验及结果

5.3 本章小结

第六章 仿真与实验结果

6.1 速度伺服系统的建模与仿真分析

6.1.1电流环建模和仿真

6.1.2速度环建模和仿真

6.2 仿真实验结果

6.2.1仿真结果

6.2.2实验结果

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结及评价

7.2 存在的问题及今后工作展望

致谢

参考文献