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基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的设计

作　者: 舒中宾
导　师: 陈宇拓
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 森林工程
关键词: 永磁同步电机矢量控制模糊控制位置伺服系统数字信号处理器
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

伺服系统是应用领域非常广泛的一类系统,它的根本任务就是实现执行机构对给定指令的准确跟踪,当给定量随机变化时,系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量。本系统是针对林业加工机械,尤其是木工数字化雕刻设备的进给系统而进行设计。系统设计依据木工数字化雕刻设备的特点和特殊要求,采用永磁同步电机作为驱动电机,以TI公司的TMS320LF2407A DSP为核心控制器,实现电流调节、速度调节和位置调节的多闭环伺服控制。现代交流伺服系统中,永磁同步电机(简称PMSM)具有较高的运行效率,转动惯量小,转矩脉动小,可高速运行等特点,在诸如高性能机床进给、位置控制、工业机器人等众多领域得到了广泛应用。以DSP为核心控制器的全数字伺服系统由于其具有控制灵活、智能化水平高、便于分布式控制等特点,已成为当今交流伺服系统发展的趋势和研究的重点,本文对基于DSP的位置伺服系统进行了研究和分析。为适应控制系统的高性能的控制要求,对永磁同步电机采用矢量控制。通过坐标变换和定子磁场定向的矢量控制,永磁同步电机可以获得优良的调速性能。本系统设计中对电流环和速度环均采用了PI调节器进行调节,并对位置环采用双模模糊控制的控制策略,建立了位置模糊控制器,实行模糊调节,模糊控制器具有一定的抗干扰能力和自适应性。本文对DSP控制器所实现的各项功能进行了软件设计和优化,使系统控制软件具有较好的参数设置灵活性和可交互性。本文所设计的交流永磁同步电机伺服系统在满足木工、家具、石材和建筑装饰材料等大型数字化艺术雕刻设备特殊要求的同时具有一定的通用性,可以根据不同的使用要求调整相关控制参数应用于其它加工机械设备的数字化伺服技术改造。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 伺服技术的现状与发展  8-10
  1.2 永磁同步电机在交流伺服系统中的应用  10-11
  1.3 DSP技术的应用和发展  11-12
  1.4 课题研究背景  12-13
  1.5 课题研究目标、总体方案及主要内容  13-15
2 永磁同步电机(PMSM)矢量控制  15-23
  2.1 三相永磁同步电机的数学模型  15-18
  2.2 永磁同步电机矢量控制原理  18-19
  2.3 PMSM位置伺服系统的建立  19-23
3 TMS320LF2407A DSP控制器  23-28
  3.1 TMS320LF2407A DSP的组成及特点  23
  3.2 TMS320LF2407A DSP的中断系统  23-24
  3.3 TMS320LF2407A DSP事件管理器  24-27
    3.3.1 定时器  24-25
    3.3.2 比较单元  25
    3.3.3 捕捉单元  25-26
    3.3.4 增量式光电编码器接口(QEP)  26-27
  3.4 TMS320LF2407A的A/D转换器  27
  3.5 DSP控制器的控制优势  27-28
4 永磁同步电机位置伺服系统硬件设计  28-33
  4.1 系统结构  28
  4.2 系统主电路组成  28-29
  4.3 驱动电路设计  29-30
  4.4 保护电路设计  30-31
  4.5 控制电路设计  31
  4.6 TMS320LF2407A应用板设计  31-33
5 永磁同步电机位置伺服控制系统闭环设计  33-47
  5.1 闭环位置伺服控制系统工作原理  33-34
  5.2 永磁同步电机的等效电机模型  34-35
  5.3 闭环系统结构  35-45
    5.3.1 位置伺服系统内环控制器的设计  36-40
    5.3.2 伺服系统位置模糊控制器的设计  40-45
  5.4 系统反馈信号检测与转换  45-47
    5.4.1 伺服控制器电流检测  45
    5.4.2 位置、速度检测  45-47
6 闭环伺服控制系统软件设计  47-63
  6.1 软件结构  47-48
  6.2 永磁同步电机伺服系统控制模块化实现  48-63
    6.2.1 符号定义头文件  49
    6.2.2 链接器命令文件  49
    6.2.3 系统主程序  49-51
    6.2.4 相电流检测  51-52
    6.2.5 光电编码器脉冲计数  52
    6.2.6 速度测量  52-53
    6.2.7 电流环PI控制  53-54
    6.2.8 速度环PI控制  54
    6.2.9 PAPK变换  54-55
    6.2.10 PARK逆变换  55-56
    6.2.11 旋转角度正弦函数表  56
    6.2.12 CLARKE变换  56-57
    6.2.13 空间矢量产生  57-61
    6.2.14 PWM波的发生  61
    6.2.15 系统初始化和计算子程序  61-63
7 系统仿真及实验  63-71
  7.1 仿真平台MATLAB/Simulink  63
  7.2 系统的动态仿真  63-67
    7.2.1 隶属度函数的建立  64
    7.2.2 模糊控制及决策方法  64
    7.2.3 Simulink仿真和参数的调整  64
    7.2.4 仿真结果与分析  64-67
  7.3 实验结果  67-71
8 总结与展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76

基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的设计

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