数字式工业缝纫机控制器的研究与设计

摘要

随着全球经济一体化进程的加快和世界缝制设备制造产业向中国转移，中国已成为全球最大的缝纫机的生产国。但我国制造的缝纫机主要集中在中、低端市场，高端缝纫机市场仍然被德、日等国的产品占据。
　　根据国内某工业缝机制造企业新产品开发的需求，设计和开发了基于永磁同步电动机的数字式工业缝纫机控制器。采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术实现电动机驱动，有效地抑制了电动机低速运行过程中产生的电磁转矩脉动；在控制器位置检测方面，利用价格低廉的磁敏式霍尔元件与单片机输入信号捕捉模块相结合，取代了价格昂贵的正交光电编码器，实现了对电动机转子位置的检测与电动机转速的估计，既保证了检测精度，又大幅度缩减了伺服控制器的经济成本；在控制算法方面，采用单闭环的控制策略与非线性PI结合变速积分的控制算法完成了控制器的速度调节，使得系统响应过程快速且无明显超调；提出了一种“五段式”分段控制策略，有效地完成了系统精确停针控制。通过MATLAB/SIMULINK完成了系统的建模与仿真，验证了控制器驱动方式以及速度控制算法的有效性。
　　选用 Microchip公司高性能16位电动机控制芯片 dsPIC33FJI16MC304为MCU，完成了控制器硬件设计；基于上述算法研究和仿真结果，开发完成了控制器控制软件。由工业平缝机台架测试表明：本文设计和开发的控制器达到了响应时间小于200ms、停针精度小于±5°、最大转速4800rpm及额定功率为400W的主要性能指标。

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第一章 绪论

1.1研究背景及现状

1.2研究内容及意义

1.3系统性能需求

1.4论文结构安排

第二章 永磁同步电动机的工作原理及其数学模型

2.1永磁同步电动机的结构及工作原理

2.2永磁同步电动机的数学模型

2.3电动机的基本控制策略

第三章 电动机控制关键技术的研究

3.1空间矢量SVPWM技术

3.2电动机转速测量及转子位置检测

3.3永磁同步电动机的控制算法

3.4系统停针控制策略

第四章 系统硬件设计

4.1系统硬件设计总体方案

4.2系统主控电路设计

4.3系统功率模块设计

4.4系统电源设计

4.5操作面板设计

4.6硬件PCB设计

第五章 系统程序设计

5.1系统开发平台简介

5.2系统主程序设计

5.3 SVPWM的程序实现方法

5.4系统速度控制算法的实现

5.5系统停针控制算法的实现

5.6操作面板程序设计

第六章 系统仿真及测试

6.1系统仿真

6.2系统测试

第七章 总结与展望

7.1课题总结

7.2课题展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果