基于DSP的永磁同步伺服系统的研究

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现代交流伺服技术是电机学、电力电子学、微电子学、计算机科学、自动控制理论等多种学科的结合和交叉应用的产物,对推动着社会的进步和生活水平的提高发挥着重要的作用。在交流伺服系统所用的各类驱动电机中,因为电力电子技术、高速数字技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展,使得永磁同步电机得到了广泛的应用,基于永磁同步电机的伺服系统正在成为未来高性能伺服系统发展的方向。本文的主要内容围绕永磁同步伺服系统的理论研究和工程实现展开,包括交流伺服系统的现状与发展、空间矢量控制理论、同步电机电压模型解耦控制、SVPWN实现、伺服系统主控电源及控制回路的硬件介绍、同步电机转子初始化位置检测、系统软件的实现、相关调试过程和结果、以及对系统的理解与研究等。   本文的研究基于矢量变换控制,它是以交流电机的双轴理论为依据,在同步旋转坐标系中把定子电流矢量分解为励磁分量与转矩分量,从而实现对永磁同步电机的磁场和转矩的控制的解耦,达到类似于控制直流电动机的控制效果。同时,在综合考虑各种控制策略的优缺点及适用范围,以及结合系统所使用的伺服驱动元件的特点后,本系统选择采用了电枢直轴电流为零的控制策略。   本系统采用高性能的专业电机控制DSP芯片TMS320F2812,高速开关性能的IPM智能功率模块,可编程逻辑器件CPLD等高新技术数字模块,构建了稳定可靠的硬件系统,并结合CPLD的编程功能设计了各种实时的硬件保护电路。同时,本系统还设计了实时快速的软件系统,利用DSP的强大运算功能实现对电机运行状态的实时控制和分析,并对整个系统的调试步骤和结果做了阐述和分析。   除此之外,本文还提出了一种检测永磁同步电机极对数参数的简便方法,即通过人为的给定电气角使得电机得以运转,同时将给定的电气角与从编码器读取的机械角相比较从而得出极对数参数。与此同时,本文创新地实现了永磁同步电机转子初始位置的估算方法,根据转子处在不同位置对输入电压矢量的反应不同的特性,通过检测输出电流进行比较计算分析得出任意位置的转子初始角,此方法的优点是在初始化检测过程中能保持转子位置基本不变。
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