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基于DSP的永磁同步电机伺服系统的研究

作　者: 陈宗云
导　师: 南余荣
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 永磁同步电机矢量控制空间矢量脉宽调制重复控制 DSP 交流伺服系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 10次
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内容摘要

当前，交流传动已成为传动领域的主要方式。随着电机制造技术、电力电子技术、微处理器技术(DSP)和现代控制理论的发展，交流伺服技术应用越来越广。永磁同步电机由于其优异的控制性能，被越来越多地应用于交流伺服系统。因此，研究基于DSP的永磁同步电机伺服系统，具有重要的现实意义。交流电机模型是强耦合、时变的非线性系统，本文采用矢量控制实现永磁同步电机的解耦控制，构成了具有良好性能的交流调速系统；为了实现精确的位置控制，提出了基于重复控制的位置伺服系统。本文首先对永磁同步电机伺服系统的发展概况进行了介绍，然后对永磁同步电机的数学模型、工作原理以及矢量控制在永磁同步电机上的应用进行了说明，并对重复控制理论及基于重复控制的位置伺服系统进行了详细分析；利用MATLAB／SIMULINK建立了永磁同步电机伺服系统的模型，并对调速系统和位置伺服系统分别进行了仿真，得到了相应的仿真波形，验证了整个系统设计的正确性。在理论和仿真分析的基础上，本文着重对伺服系统的硬件和软件设计进行阐述，实现了永磁同步电机矢量控制系统和位置伺服系统。从实验波形上可以看出，它们都有良好的动静态性能，较大的低速转矩和较宽的调速范围，初步实现了前面的理论和仿真分析，也为基于重复控制的位置伺服系统研究和开发奠定了坚实的基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 交流伺服技术的发展  10-12
  1.3 永磁同步电机控制理论的发展  12-15
    1.3.1 交流调速理论  12-14
    1.3.2 新型控制理论  14-15
  1.4 课题的提出及主要研究内容  15-19
第二章永磁同步电机的矢量控制及空间矢量脉宽调制  19-37
  2.1 永磁同步电机调速原理  19-20
  2.2 PMSM矢量控制的数学模型  20-23
    2.2.1 坐标变换关系  20-21
    2.2.2 PMSM数学模型的建立  21-22
    2.2.3 PMSM在dq坐标系下的数学模型  22-23
  2.3 PMSM系统矢量控制策略  23-25
    2.3.1 PMSM控制策略简介  23-24
    2.3.2 PMSM矢量控制策略  24-25
  2.4 PI控制器的设计  25-27
    2.4.1 电流环PI控制器的设计  25-26
    2.4.2 速度环PI控制器的设计  26-27
  2.5 空间矢量脉宽调制  27-33
    2.5.1 空间矢量脉宽调制原理  27-31
    2.5.2 空间矢量脉宽调制算法  31-33
  2.6 永磁同步电机矢量控制系统的仿真  33-36
    2.6.1 空间矢量脉宽调制仿真实现  33-34
    2.6.2 永磁同步电机矢量控制的仿真  34-36
  2.7 本章小结  36-37
第三章基于重复控制的位置伺服系统  37-45
  3.1 重复控制原理  37-39
  3.2 位置伺服系统的重复控制  39-42
    3.2.1 重复控制下电机的数学模型  39-41
    3.2.2 位置伺服系统的重复控制器  41-42
  3.3 仿真分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 PMSM伺服系统硬件构成  45-57
  4.1 基于DSP的控制回路  45-49
    4.1.1 TMS320LF2407A芯片  45-47
    4.1.2 DSP控制单元  47-49
  4.2 系统主回路  49-52
    4.2.1 主功率电路  49-51
    4.2.2 智能功率模块的驱动  51-52
  4.3 检测电路  52-56
    4.3.1 电流检测电路  52-53
    4.3.2 位置和速度检测电路  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 PMSM伺服系统软件设计  57-72
  5.1 软件系统简介  57-58
  5.2 控制系统软件的总体结构  58-62
  5.3 控制系统中的几个子程序  62-71
    5.3.1 位置和速度计算  62-63
    5.3.2 速度、电流PI控制  63-64
    5.3.3 电流的采样与滤波  64-66
    5.3.4 坐标变换软件实现  66-67
    5.3.5 正余弦值的产生  67-68
    5.3.6 空间矢量PWM程序流程  68-71
    5.3.7 重复控制流程  71
  5.4 本章小结  71-72
第六章实验与结论  72-76
  6.1 实验条件和实验参数  72-73
  6.2 实验结果  73-75
  6.3 实验结果分析  75
  6.4 本章小结  75-76
总结与展望  76-77
参考文献  77-80
附录:主回路原理图  80-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表论文  82

基于DSP的永磁同步电机伺服系统的研究

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