基于DSP的全数字永磁同步电机伺服系统研究

摘要

伺服驱动技术经过了直流伺服装置、直流无刷伺服装置和交流永磁同步伺服驱动装置三个阶段。随着现代制造业规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流永磁同步伺服驱动装置具有高响应、免维护(无炭刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点。它采用微处理技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺和具有较好的性能价格比，不仅在数控机床，机器人，航空航天等领域具有广阔的前景和实用价值，而且正日益进军纺织业，成为未来工业缝纫机实现机电一体化，数字化的重要技术手段之一。本文针对数字化永磁同步电机伺服系统展开研究，全文主要分为四大部分，其主要内容如下： 一、建立永磁同步电机伺服控制系统的总体架构，分析了电机的结构及数学模型，阐述了空间矢量脉宽调制(简称SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制。 二、永磁同步电机伺服系统硬件平台的设计，系统以TI公司的高性能控制芯片FMS320LF2407A为控制核心，以IR公司的功率驱动器IR2136和6只IRGB440U组成了高耐压值、较好稳定性的功率变换和驱动电路。应用增量式光电编码器实现转子位置精确定位，并得到速度反馈值；应用霍尔电流传感器实现电流反馈。系统集成度高，方便实现数字化控制。 三、永磁同步电机伺服系统软件平台设计，将整个软件系统进行了模块化设计，这样有利于对整个软件系统进行组织与管理；重点阐述了SVPWM(空间矢量)算法的实现方案；设计了电流环和速度环的全数字PI调节器，给出了速度和位置反馈的计算方法。 四、在系统软硬件基础上，对伺服系统进行实验调试，实验调试包括对伺服系统进行Matlab/Simulink的建模仿真和实际设计的系统调试两部分，给出仿真和实验波形，对实验结果及在实验过程中出现的问题进行了对比分析和讨论，并给出了解决方案。 最后本文总结了整个系统的开发工作，提出了系统需要继续完善的地方，作为后续研究工作的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状及分析

1.2.1国外伺服系统发展情况

1.2.2国内伺服系统发展情况

1.3交流伺服系统的发展趋势

1.3.1全数字化

1.3.2高性能

1.4课题研究的目的和意义

1.5课题研究的内容

第二章永磁同步电机数字伺服控制系统设计思路

2.1引言

2.2永磁同步电机矢量控制系统总体架构

2.3永磁同步电机数学模型的建立

2.3.1永磁同步电机的结构和工作原理

2.3.2永磁同步电机数学模型

2.4 PMSM坐标系及其变换

2.4.1定子坐标系A-B-C和α-β坐标系

2.4.2转子坐标系A-B-C和旋转坐标系d-q

2.4.3 Clarke变换

2.4.4 Park变换

2.5转子磁场矢量控制原理

2.5.1磁场定向矢量控制原理(SPWM)

2.5.2空间矢量脉宽调制原理(SVPWM)

2.6本章小结

第三章伺服系统的硬件设计

3.1引言

3.2系统硬件的总体架构

3.3 DSP主控电路

3.3.1 TMS320LF2407 DSP控制器概述

3.3.2 DSP外围电路

3.4功率驱动电路

3.4.1逆变器主电路

3.4.2电流检测电路

3.4.3速度检测电路

3.4.4电源电路

3.5本章小结

第四章伺服系统的软件设计

4.1引言

4.2系统软件的总体结构

4.3调节器设计

4.3.1数字PI调节器的DSP实现

4.4转速反馈计算

4.5转子初始位置检测的DSP实现

4.6 SVPWM算法流程

4.7程序流程图

4.8本章小结

第五章系统结果分析

5.1伺服系统仿真模型的建立

5.2仿真结果及结论

5.3系统实验结果及分析

5.3.1实验系统介绍

5.3.2 SVPWM结果分析

5.3.3相电流测试结果分析

5.3.4调速曲线分析

5.4本章小结

全文总结与展望

1对本文工作的总结

2对进一步工作的展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

附录：控制板实物图