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PMSM精密伺服工程应用研究

作　者: 张士赫
导　师: 康尔良
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 永磁同步电机矢量控制多电压混合工作转子初始定位电流检测误差补偿
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以永磁同步电机(PMSM)矢量伺服系统为研究对象,提出并研究了其在工程应用中的一些具体技术问题。首先在硬件设计中,总结了在一个系统内多电压混合工作的供电和多种逻辑电平互连的方法。阐述TMS320C2812外扩256K数据存储器的连接和A/D转换器AD7864的接口方法。设计了一种基于RS485通信协议、光纤传输介质的DSP/MCU结构人机操作界面方案。由于增量式转速位置传感器不包含绝对位置信息,电机初始上电时的转子磁极位置静止精确定位是难题。针对如何实现此种定位,提出了一种静止(近零动)定位搜索方案。它根据假想初始位置给出目标位置的定子电流矢量,使用增量式光电编码器的方向信号来缩小位置判断,最终实现精确定位。在检测过程中实时做转子回初始位置的操作,实现转子的静止(近零动)定位。电流检测通道会产生检测误差,这些误差可以分为:偏移误差和比例误差。电流检测的误差会引起转子转速的周期性脉动。在本文中提出了一个电流误差补偿算法。这个算法的主要特点是应用了d轴比例积分电流调节器的积分输出信号。这个输出信号接近零或常数,使得永磁同步电机可以实现最大转矩输出或最小无功电流控制。如果定子电流包含偏移误差和比例误差,这个d轴PI电流调节器的积分器输出信号与转子转速波动也具有同样频率。这个电流检测误差补偿算法能容易的通过减去直流电压偏移值或重新设定输入检测的定子电流放大倍数来实现误差的补偿。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 电机伺服驱动系统发展概述  11-12
  1.2 永磁同步电机伺服方案选择  12-13
    1.2.1 矢量控制  12
    1.2.2 直接转矩控制(DTC)  12
    1.2.3 矢量控制与直接转矩控制两者比较  12-13
  1.3 国内外矢量控制技术发展现状  13-15
    1.3.1 矢量控制分类  13-14
    1.3.2 矢量控制策略  14-15
  1.4 矢量控制中的工程应用问题  15-19
    1.4.1 硬件电路设计问题  15-16
    1.4.2 转子初始精确近零动定位  16-17
    1.4.3 电流检测误差与补偿  17-19
  1.5 本文主要工作及内容安排  19-20
第2章永磁同步电机数学模型  20-29
  2.1 永磁同步电机的结构和分类  20-21
    2.1.1 永磁同步电机组成结构  20
    2.1.2 永磁同步电机分类  20-21
  2.2 永磁同步电机的数学模型  21-22
    2.2.1 永磁同步电机的电压方程  21
    2.2.2 磁链方程  21-22
  2.3 坐标变换  22-28
    2.3.1 三相静止坐标系(ABC 轴系)  22-23
    2.3.2 两相静止坐标系(αβ轴系)  23-24
    2.3.3 两相旋转坐标系(dq0 轴系)  24
    2.3.4 三相静止坐标系与两相静止坐标系间的变换(3S/2S)  24-26
    2.3.5 两相静止坐标系与两相旋转坐标系间的变换(2S/2r)  26
    2.3.6 永磁同步电机 dq 模型  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章伺服系统硬件电路的设计  29-50
  3.1 数字控制单元结构  29
  3.2 电源与电平转换  29-34
    3.2.1 不同电压电源的供电  30-32
    3.2.2 逻辑电平的基本概念  32
    3.2.3 常用逻辑电平  32-33
    3.2.4 逻辑电平互连  33-34
  3.3 外扩数据存储器  34-37
    3.3.1 TMS320F2812 外部接口特性  35-36
    3.3.2 TMS320F2812 扩展256K 数据存储器  36-37
  3.4 外扩A/D 转换电路  37-45
    3.4.1 AD7864 特性  37-38
    3.4.2 AD7864 功能结构、引脚与功能操作  38-40
    3.4.3 AD7864 与DSP 的接口  40-42
    3.4.4 AD7864 的转换操作  42-45
  3.5 人机界面及通信的设计  45-48
    3.5.1 操作面板的设计  45-47
    3.5.2 通信电路设计  47-48
  3.6 本章小结  48-50
第4章转子磁极位置初始定位  50-59
  4.1 转子磁极位置定位  50-51
  4.2 霍尔位置传感器、增量式光电码盘获得转子位置计算原理  51-52
  4.3 有霍尔传感器时转子初始位置定位方法  52-56
    4.3.1 转子的粗定位  52-53
    4.3.2 转子的精定位(咬合定位)  53-54
    4.3.3 减少脉动幅度的改良型定位方法  54-56
  4.4 初始定位中转矩分析  56
  4.5 用Z 信号修正转子初始定位  56
  4.6 无霍尔传感器时转子初始位置定位方法  56-58
  4.7 本章小结  58-59
第5章电流检测波动的补偿  59-73
  5.1 电流检测误差概述  59
  5.2 电流检测误差的影响  59-61
    5.2.1 零点偏移误差的影响  59-60
    5.2.2 比例误差的影响  60-61
  5.3 电流检测误差的补偿  61-64
    5.3.1 d 轴PI 电流调节器积分输出信号分析  61-62
    5.3.2 零点偏移误差的补偿  62-63
    5.3.3 放大比例偏差的补偿  63-64
  5.4 电流检测误差补偿算法的实现  64-65
  5.5 补偿算法的仿真  65-67
  5.6 补偿算法的试验结果  67-72
  5.7 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-79
致谢  79

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