交流永磁同步伺服电机控制器研究
交流永磁同步伺服电机控制器研究
永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。和直流电机相比，它没有机械换相器和电刷;和异步电动机相比，它不需要无功励磁电流，因此功率因数高，定子电流和定子电阻损耗小，且转子参数可测、定子气隙大、控制性能好。近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，以及永磁电机研究开发经验的逐步成熟，永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得了越来越广泛的应用。研究并制造出高性能、高可靠性的交流伺服控制系统有着十分重要的现实意义。本论文以北京市教委的课题交流永磁同步伺服电机控制器研制项目为背景，进行了交流永磁同步伺服电机控制器的开发以及相关的研究工作。 本文设计的思路是采用转子磁通定向的矢量控制技术，主电路采用SPWM和交-直-交电压型逆变器，其中SPWM采用SA4828芯片直接产生，在控制器的实现方面，采用了TMS320LF2407型DSP芯片作为主控板CPU，实现了电流、转速双闭环的控制系统。常规的PID对参数变化适应性差，有一定的局限性。此外，这些调节规律本身不能很好的解决系统的动态与稳态指标间的矛盾，也就是说采用传统的PID难以组成诸如机器人那样需要完成快速跟踪、高精度力矩综合控制的伺服系统。为了解决控制对象参数变化时传统PID适应性差的问题，本设计采用变论域的模糊PID，提高了精度、改善了其调节性能。 本文主要作了如下的工作，并取得了成就: 利用集成芯片AD2S80来求取空间角度ε，提高了精度，简化了控制的复杂性。调节器采用变论域的模糊PID，由于模糊推理的PID参数少，隶属度函数明确、收敛速度快，因此很适合伺服控制这样的快速系统，实验结果
表
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明了良好的性能。工业控制特别是伺服控制系统以及其它运动控制系统中，一般都是多台电机协调工作，电机之间的通讯非常重要，为此，本文提出基于嵌入式操作系统UC,OS-?伺服电机通讯，把电机之间的复杂的协调和通讯交给嵌入式系统来做，为以后的多台电机协调控制做好准备，同时选用高速处理器DSP作为系统的CPU，进一步提高运算速度，减少响应时间。 第一章 绪论8-17
1.1 课题背景8
1.2 本课题的相关技术、国内外研究与应用现状8-14
1.
2.1 国内外发展概况8-10
1.
2.2 交频调速技术的国内外现状对比10-11
1.
2.3 伺服系统的基本要求和特点11
1.
2.4 伺服系统的分类11-12
1.
2.5 交流永磁伺服系统相关技术12-14
1.3 目前存在的问题及伺服系统的发展方向14-15
1.
3.1 目前存在的问题及解决办法14-15
1.
3.2 伺服系统的发展方向15
1.4 课题的研究工作15-17
1.
4.1 课题的工作内容15
1.
4.2 课题的研究方法15-17第二章 矢量控制17-23
2.1 矢量控制基本设想17
2.2 矢量控制基本框图17-18
2.3 磁场定向控制18-23
2.
3.1 磁场定向控制方法18-20
2.
3.2 旋转角度ε的求取20-23第三章 SPWM变频器及其实现23-35
3.1 实现SPWM的硬件及软件23-28
3.
1.1 SA4828内部结构及控制方法24-25
3.
1.2 硬件电路的设计25-28
3.2 SPWM波形图分析28-29
3.3 主电路及驱动电路29-30
3.4 键盘扫描、片选、LCD的读写等逻辑的CPLD控制30-35
3.
4.1 键盘扫描30-32
3.
4.2 控制板DSP的逻辑控制32-35第四章 调节器设计35-69
4.1 伺服系统控制策略概述35-38
4.
1.1 常规控制策略35-36
4.
1.2 智能控制36-37
4.
1.3 模糊控制37-38
4.2 永磁同步伺服电机的数学模型及智能控制38-47
4.
2.1 永磁同步伺服电机的数学模型38-44
4.
2.2 伺服电机的模糊控制44-47
4.3 控制器的形式及控制规则的优化47-54
4.
3.1 离散式47-48
4.
3.2 控制规则的优化48-54
4.4 调节器的设计54-65
4.
4.1 变论域方法的PID型模糊控制器54-58
4.
4.2 PID参数专家调整知识及Fuzzy调整模型58-62
4.
4.3 模糊PID规则表62-65
4.5 仿真环境介绍及仿真结果65-69第五章 UC,OS-?在
TMS320LF2407A的移植69-76
5.1 UC,OS-?及DSP介绍69-71
5.
1.1 UC,OS-?介绍69-70
5.
1.2 TMS320LF2407A DSP的结构原理70-71
5.2 UC,OS-?的移植71-76
5.
2.1 具体移植72
5.
2.2 移植要点72-75
5.
2.3 移植中出现的问题75-76第六章 实验及结论76-80结论80-81
参考文献
81-83发表论文83-84致谢84
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