磁性材料湿压成型液压机伺服控制系统研究

摘要

磁性材料湿压成型液压机广泛应用于生产各种永磁铁氧体材料。随着液压机行业及其相关技术的发展，对其设备性能及自动化水平要求也越来越高。取件机构是磁性材料湿压成型液压机中实现全自动化生产的重要环节，也是提高设备工作可靠性、工作效率方面值得研究的重要部分。针对取件机构的工作环境以及工作特点要求，本文研究基于DSP的无刷直流电机位置伺服控制系统，采用由位置环、速度环和电流环组成的三闭环控制方案，建立了无刷直流电机的数学模型及其控制系统仿真模型，并优化了伺服控制系统的控制算法。
　　首先，介绍磁性材料湿压成型液压机的工作原理，具体分析取件机构的工作过程，针对系统对伺服电机的控制要求提出用DSP控制的无刷直流电机取代步进电机的方案，并介绍DSP与上位机的通讯实现。
　　其次，阐述无刷直流电机的结构、工作原理和相关控制技术，推导了无刷直流电机的数学模型，结合控制要求进行位置控制算法的分析、选择和设计，建立MATLAB仿真模型。仿真结果表明，模糊自适应PID控制的动静态特性优于传统单一的PID控制，能够满足系统的控制要求。
　　最后，完成基于DSP控制器TMS320F2812的无刷直流电机控制系统的软硬件设计。给出了硬件设计的总体方案，对位置检测电路、电流检测电路、逆变电路及其驱动电路、过流保护电路等作详细的介绍;分析软件功能，给出了主程序和各子程序的流程图。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 磁性材料湿压成型液压机及其伺服控制技术的发展及现状

1．2．1 湿压机国内外发展及现状

1．2．2 湿压机电气控制技术发展及现状

1．2．3 湿压机伺服控制技术发展及现状

1．3 论文主要研究内容与章节安排

2 磁性材料湿压成型液压机伺服控制方案设计

2．1 磁性材料湿压成型液压机的组成与工作过程分析

2．1．1 湿压机的组成

2．1．2 湿压机工作流程分析

2．1．3 伺服电机应用场合具体工作过程分析

2．2 磁性材料湿压成型液压机伺服控制方案论证

2．2．1 湿压机对伺服电机的控制要求

2．2．2 伺服电机选型分析

2．2．3 伺服控制方案设计

2．3 DSP与上位机的通信实现

2．4 本章小结

3 伺服电机的结构、原理及控制技术

3．1 无刷直流电机的结构

3．1．1 电动机本体

3．1．2 转子磁极位置检测器

3．1．3 电子开关线路

3．2 无刷直流电机的工作原理

3．3 无刷直流电机绕组连接方式及选择

3．4 无刷直流电机控制技术

3．4．1 霍尔传感器位置确定的原理

3．4．2 正反转控制

3．4．3 调速控制

3．5 本章小结

4 磁性材料湿压成型液压机伺服控制算法研究

4．1 无刷直流电机的数学模型

4．1．1 定子电压方程

4．1．2 反电动势方程

4．1．3 转矩方程

4．1．4 机械运动方程

4．2 伺服控制算法分析及选择

4．3 模糊自适应PID控制器的设计

4．3．1 确定输入输出变量并模糊化

4．3．2 模糊规则和模糊推理

4．3．3 输出量清晰化处理

4．4 无刷直流电机伺服控制系统仿真模型的建立

4．4．1 电机本体模块

4．4．2 转子位置检测模块

4．4．3 脉宽调制模块

4．4．4 换相控制模块

4．4．5 三相逆变模块

4．4．6 模糊自适应PID控制器模块

4．4．7 整体仿真模型

4．5 仿真结果与分析

4．6 本章小结

5 基于DSP的无刷直流电机伺服控制系统设计

5．1 总体设计

5．1．1 DSP选型及介绍

5．1．2 控制系统总体设计

5．2 硬件电路设计

5．2．1 逆变电路

5．2．2 转子位置检测及其信号处理电路

5．2．3 电流检测及其信号处理电路

5．2．4 过流保护电路

5．3 软件设计

5．3．1 系统主程序

5．3．2 位置捕获中断服务程序

5．3．3 伺服控制中断服务程序

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢