学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于DSP的三相混合式步进电机驱动系统设计

作　者: 张超
导　师: 张立炎
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 步进电机电压空间矢量细分驱动 DSP
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 334次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

步进电机是工业控制中应用较为广泛的一种电机,具有成本低和驱动电路简单的优点。随着高速微处理器的发展,电机控制技术朝着全数字化的方向发展。本文以三相混合式步进电机为控制对象,针对其运行过程中出现的低频振荡和失步问题,设计了一套以数字信号处理器(DSP)为核心的全数字三相混合式步进电机驱动系统。文中首先分析了三相混合式步进电机的基本结构和运行特性,并利用步进电机与交流永磁同步电机(PMSM)的相似性,在忽略步进电机一些非线性因素的基础上,得出了3个坐标系下的机电方程,并建立了其在两相旋转坐标系(d-q)下的数学模型。然后分析了步进电机的各种驱动方式,并重点阐述了电流细分驱动对改善步进电机性能的作用。利用电压空间矢量驱动方式(SVPWM)与电流细分驱动的相似性,详细分析了该驱动方式在三相混合式步进电机上的实现过程。最后进行了系统的软硬件设计和仿真。硬件设计主要包括以功率驱动为核心的主电路和以TMS320LF2407为核心的控制电路的设计。软件设计主要包括系统主程序和中断服务子程序的设计。结合电机的数学模型,在Matlab/Simulink下搭建了系统的仿真图,并对不同细分条件下的定子相电流、转子步距角进行了系统仿真。仿真表明,采用SVPWM对空间磁势细分时,不仅提高了混合式步进电机的起动频率,减弱了低频振动和噪声,而且提高了系统的电压利用率,电机运行相对平稳。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题研究的意义与目的  8
  1.2 混合式步进电机及其驱动器的发展现状  8-11
    1.2.1 混合式步进电机的发展与应用  8-9
    1.2.2 混合式步进电机驱动器的发展趋势  9-11
    1.2.3 步进电机驱动系统存在的主要问题  11
  1.3 主要研究内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
第2章步进电机的特性与模型  13-27
  2.1 三相混合式步进电机的基本结构  13-14
  2.2 三相混合式步进电机的工作原理  14-17
  2.3 步进电机的运行特性  17-22
    2.3.1 静态运行状态  17-19
    2.3.2 步进运行状态  19-21
    2.3.3 步进电机的矩频特性  21-22
  2.4 步进电机的动态数学模型  22-25
    2.4.1 三相静止坐标系下机电方程  22-23
    2.4.2 两相静止坐标系下机电方程  23-24
    2.4.3 两相旋转坐标系下的机电方程  24-25
  2.5 本章小结  25-27
第3章驱动方案的选择与实现  27-50
  3.1 步进电机驱动方案选择  27-37
    3.1.1 单极性与双极性驱动器  27-29
    3.1.2 单电压驱动  29-30
    3.1.3 高低压驱动  30-31
    3.1.4 斩波恒流驱动  31-33
    3.1.5 调频调压驱动  33
    3.1.6 细分驱动  33-37
  3.2 矢量控制在三相混合式步进电机上的实现  37-49
    3.2.1 矢量控制的出现  37
    3.2.2 磁场的等效  37-40
    3.2.3 矢量控制的思想分析  40-41
    3.2.4 矢量控制的实现  41-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章系统硬件设计  50-62
  4.1 系统硬件整体结构  50-52
  4.2 DSP2407简介  52-53
  4.3 系统各模块电路设计  53-61
    4.3.1 系统主电路设计  53-54
    4.3.2 DSP最小系统设计  54-56
    4.3.3 电流、电压采样电路设计  56-57
    4.3.4 转子位置及转速检测单元设计  57-58
    4.3.5 过压、过流保护电路设计  58-59
    4.3.6 功率变换单元设计  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章系统软件设计  62-77
  5.1 系统软件总体结构  62-69
    5.1.1 主程序设计  62-63
    5.1.2 中断服务程序设计  63-69
  5.2 数字PI的实现  69-70
  5.3 数据Q格式实现  70-71
  5.4 仿真分析  71-76
  5.5 本章小结  76-77
第6章结论与展望  77-78
  6.1 结论  77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-81
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
致谢  82

基于DSP的三相混合式步进电机驱动系统设计

内容摘要

全文目录

相似论文