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永磁同步电机交流伺服系统的反推控制研究

作　者: 姚琳琳
导　师: 吕振
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 伺服系统永磁同步电机 DSP 反推控制
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 103次
引　用: 1次
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内容摘要

交流伺服系统具有调速范围宽、稳速精度高、动态响应快等良好的性能,其动、静态特性已经完全可以与直流伺服系统相媲美,交流伺服系统的研究已经成为电气传动领域的研究热点。永磁同步电机在结构特点和运行方式上都具有比其它传统伺服电机更为良好的性能,永磁同步电动机伺服系统已逐渐成为交流伺服系统的主流。随着大功率开关器件的问世、数字信号处理技术的发展,采用全数字化控制的永磁同步交流伺服控系统将成为伺服控制系统发展的一个必然趋势。本文以数字电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A为核心控制单元,设计一个永磁同步电机伺服控制系统,为了达到全数字控制的目的,满足交流伺服系统的性能要求,对系统中的一些重要环节进行了研究。首先,研究了永磁同步电机的数学模型,并对永磁同步电机矢量控制原理及电压空间矢量技术作了详细的阐述,同时介绍了永磁同步电机三闭环伺服控制系统,并通过MATLAB/SIMULINK建立仿真模型,得出仿真结果。其次,介绍了非线性控制系统中反推控制设计方法的基本原理,将反推控制应用在永磁同步电动机位置伺服系统中,设计了基于反推控制的位置、电流、速度控制器,并在系统中加入了负载转矩扰动观测器以减少负载扰动对速度的影响,并通过仿真验证了系统具有良好的性能。最后,采用TMS320LF2407A处理器作为核心,设计了控制电路及外围辅助电路,给出了系统主程序和中断处理程序等主要的程序流程图。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-17
  1.1 交流伺服系统简介  9-10
  1.2 伺服系统的基本要求及主要特点  10-11
  1.3 伺服系统国内外研究现状  11-13
    1.3.1 伺服系统的发展概况  11-12
    1.3.2 交流伺服系统国外研究现状  12-13
    1.3.3 交流伺服系统国内研究现状  13
  1.4 交流伺服系统的发展趋势  13-15
  1.5 本课题主要研究内容  15-17
2 永磁同步电机的结构和数学模型  17-22
  2.1 永磁同步电机的基本结构及种类  17-18
  2.2 永磁同步电机的数学模型  18-22
    2.2.1 PMSM 的基本方程  18-20
    2.2.2 PMSM 等效电路  20-22
3 永磁同步电机伺服控制系统原理与模型  22-41
  3.1 伺服系统的控制策略  22-25
  3.2 永磁同步电机的矢量控制原理  25-27
  3.3 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术  27-37
    3.3.1 空间矢量的定义  27-28
    3.3.2 电压与磁链空间矢量的关系  28-33
    3.3.3 SVPWM 的算法实现  33-35
    3.3.4 SVPWM 仿真模型建立  35-37
  3.4 永磁同步电机三闭环系统模型及其仿真  37-41
4 永磁同步电机的反推控制  41-54
  4.1 反推设计原理  41-44
  4.2 永磁同步电机反推控制实现  44-47
  4.3 负载转矩扰动估计  47-48
  4.4 基于MATLAB/SIMULINK 的伺服系统建模与仿真  48-54
5 系统的软、硬件实现  54-69
  5.1 系统硬件实现  54-64
    5.1.1 TM5320LF2407A 芯片介绍  54-57
    5.1.2 IPM 功率逆变模块  57-59
    5.1.3 电流检测电路设计  59-60
    5.1.4 直流母线电压检测电路设计  60-61
    5.1.5 转子位置和速度检测电路  61-62
    5.1.6 系统中保护电路设计  62-64
  5.2 系统软件设计  64-67
    5.2.1 程序开发环境  64-65
    5.2.2 系统主程序及初始化子程序  65-66
    5.2.3 AD 采样子程序  66-67
  5.3 软件实验验证  67-69
结论  69-70
参考文献  70-72
作者简历  72-74
学位论文数据集  74-75

永磁同步电机交流伺服系统的反推控制研究

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