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预测控制在永磁同步电机伺服系统中的应用研究

作　者: 刘兵
导　师: 吴根忠
学　校: 浙江工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 伺服系统永磁同步电机矢量控制预测控制 DSP
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

众所周知,直流传动系统存在着机械式换向和电刷等难以克服的缺点,随着电力电子器件、微电子和控制理论的发展,特别是矢量控制技术和直接转矩控制技术的出现,交流传动系统已经具备了可以和直流调速系统相媲美的性能,并显示出取代直流传动系统的趋势。永磁同步电机以其体积小、重量轻及运行效率高等优点,已经逐渐成为交流传动系统的主流。预测控制作为智能控制方法的一种,不过分依赖控制对象准确的数学模型,是一种能较好地抑制参数变化、扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略,将其与常规的控制方法相结合应用在交流伺服系统中可以很好地克服传统PID控制方法受参数变化及各种不确定性影响严重等缺点。本文首先建立了永磁同步电机的数学模型,然后在永磁同步电机矢量控制的基础上引入了预测控制,设计了基于优化的模型算法控制的速度控制器,并用Matlab/Simulink搭建了整个系统的仿真模型,在模型失配时与传统的永磁同步电机矢量控制系统进行了仿真比较。以TI公司的电机专用数字信号处理器TMS320LF2407为系统的控制核心,构建了一个基于优化模型算法控制的永磁同步电机矢量控制的伺服系统,并对其进行了实验,得到了相关波形,验证了这种方法的可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 伺服控制系统概述  9-11
    1.1.1 伺服系统概念与分类  9
    1.1.2 伺服系统的发展与现状  9-11
    1.1.3 伺服系统的控制策略  11
  1.2 预测控制的原理、特点及算法  11-14
    1.2.1 预测控制的原理和特点  12-13
    1.2.2 预测控制的发展过程  13-14
    1.2.3 几种典型的预测控制算法  14
  1.3 本课题的研究意义和内容  14-17
第2章系统控制理论基础  17-28
  2.1 永磁同步电机数学模型  17-18
  2.2 模型算法控制原理  18-20
  2.3 矢量控制策略分析  20-28
    2.3.1 矢量控制的基本原理  20-21
    2.3.2 矢量控制方法  21-22
    2.3.3 矢量控制中的坐标变换  22-24
    2.3.4 空间矢量控制算法  24-28
第3章系统建模与仿真  28-38
  3.1 永磁同步电机矢量控制系统  28
  3.2 基于MAC 优化控制的速度控制器  28-31
  3.3 系统建模  31-34
    3.3.1 位置与速度检测模块  32
    3.3.2 预测控制速度环模块  32
    3.3.3 PI 控制电流环模块  32-33
    3.3.4 坐标变换模块  33
    3.3.5 SVPWM 模块  33-34
  3.4 仿真结果与分析  34-38
    3.4.1 高速时的仿真波形  34-35
    3.4.2 低速时的仿真波形  35-36
    3.4.3 模型失配时的仿真波形  36-38
第4章系统的硬件实现  38-50
  4.1 系统的总体结构  38-39
  4.2 系统主回路设计  39-42
    4.2.1 整流滤波电路  39-40
    4.2.2 逆变器及其驱动电路  40-42
  4.3 电压、电流检测采样与处理电路  42-44
    4.3.1 母线电压的检测电路  42-43
    4.3.2 母线电流的检测电路  43-44
    4.3.3 相电流的检测电路  44
  4.4 保护电路设计  44-46
    4.4.1 过流保护电路  44-45
    4.4.2 过压、欠压保护电路  45-46
    4.4.3 故障管理电路  46
  4.5 电机转速与位置的检测  46-50
    4.5.1 转速的检测与计算  47-48
    4.5.2 转子位置的检测  48-50
第5章系统软件设计  50-59
  5.1 软件开发环境及编程语言简介  50
  5.2 系统软件结构  50-51
  5.3 主程序设计  51-52
  5.4 定时器中断子程序设计  52-56
    5.4.1 MAC 优化的速度环子程序  53-54
    5.4.2 SVPWM 生成子程序  54-56
    5.4.3 电流环控制子程序  56
  5.5 故障保护中断子程序  56-57
  5.6 捕获中断子程序  57-59
第6章系统实验  59-63
  6.1 实验平台  59
  6.2 实验结果与分析  59-63
第7章全文总结与展望  63-65
  7.1 总结  63
  7.2 展望  63-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68

预测控制在永磁同步电机伺服系统中的应用研究

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