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基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统研究

作　者: 舒鑫东
导　师: 庄圣贤
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 永磁同步电机二自由度PID 转子初始定位 TMS320F2812空间矢量
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 364次
引　用: 3次
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内容摘要

交流永磁同步伺服系统以其低惯量、快响应、高功率密度、高效率、低损耗及控制简单等优点,作为执行机构已广泛应用于航空航天器、军工武器系统、数控机床、纺织机、电梯、信息系统等领域。本文首先概要地介绍了交流永磁伺服系统的发展历程,分析了当前国内外交流伺服技术的现状。通过永磁同步电机的结构给出了永磁同步电机的数学模型,并详尽介绍了交流电机控制中应用最为广泛的矢量控制技术原理及数字化实现的关键方法。在此基础上讨论了交流伺服系统的控制结构,在速度控制环中尝试引入二自由度PID方法,实现交流永磁同步伺服系统的指令跟踪性能和抗扰动性能的双优控制,改善永磁同步电机在低速运行时转矩脉动,仿真实验验证了该方法的有效性。其次,对基于TMS320F2812DSP的交流伺服系统硬件平台,包括控制模块、主电路以及驱动模块等的设计实现做了详尽描述,给出了DSP控制系统的设计方案、主电路、驱动模块和信号调理模块等的设计方法。同时给出了伺服系统软件设计思想,介绍了系统主要模块的程序设计流程,完成了系统主程序及各功能模块的软件设计。并根据所选用编码器的特点,设计了一种特殊的永磁同步电机转子初始位置确定的方法。最后,完成系统并进行仿真及实验测试。对实验结果进行分析和讨论。实验证明该系统设计满足伺服系统基本要求,为后续更进一步研究奠定基础。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-11
第1章绪论  11-16
  1.1 伺服系统发展概况  11-13
  1.2 国内外的发展现状  13-14
  1.3 本课题研究的目的与完成的工作  14-16
第2章永磁同步电机的控制理论  16-30
  2.1 交流永磁同步电机结构及数学模型  16-20
    2.1.1 交流永磁同步电机结构  16-17
    2.1.2 交流永磁同步伺服系统的d-q坐标系模型  17-20
  2.2 交流永磁同步电机空间矢量控制  20-29
    2.2.1 矢量控制原理  21-23
    2.2.2 空间矢量脉宽调制原理及数字化实现  23-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章永磁同步伺服系统控制器设计  30-41
  3.1 电流环设计  30-31
  3.2 速度环设计  31-34
    3.2.1 带电流环永磁同步电机模型  32
    3.2.2 二自由度PID控制器设计  32-34
  3.3 位置环设计  34-35
  3.4 数字化PID控制器设计  35-40
    3.4.1 带积分校正PI控制器的数字化实现  35-36
    3.4.2 二自由度PID控制器的数字化实现  36-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章伺服系统硬件设计  41-53
  4.1 伺服系统总体结构  41-42
  4.2 控制模块硬件设计  42-44
    4.2.1 TMS320F2812系统资源分配  42-43
    4.2.2 TMS320F2812最小系统构成  43-44
  4.3 主电路与功率驱动模块硬件设计  44-48
    4.3.1 主回路的设计  44-47
    4.3.2 功率驱动模块设计  47-48
  4.4 采集电路设计  48-50
  4.5 接口电路设计  50-52
    4.5.1 光电编码器信号调理  50-51
    4.5.2 通信接口设计  51
    4.5.3 隔离、故障信号及开关量控制信号  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章伺服系统软件设计  53-64
  5.1 伺服系统软件总体结构  53-55
  5.2 主程序  55-56
  5.3 中断服务程序  56-60
    5.3.1 定时器下溢中断  56-60
      5.3.1.1 SVPWM生成  57-58
      5.3.1.2 2-DOF PID程序  58
      5.3.1.3 QEP角度、转速计算  58-60
    5.3.2 捕获中断  60
    5.3.3 外部故障中断  60
  5.4 功能模块软件设计  60-63
    5.4.1 转子初始位置确定  60-63
    5.4.2 软件保护设计  63
    5.4.3 SCI通信  63
  5.5 本章小结  63-64
第6章仿真及实验结果  64-72
  6.1 仿真效果分析  64-67
  6.2 实验结果  67-72
总结与展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
附录  78-79
攻读硕士学位期间发表论文  79

基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统研究

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