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随着近些年来电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电机控制理论的发展,交流伺服控制技术有了长足的进步,交流伺服系统逐步取代直流伺服系统已成定局。本课题结合交流伺服控制技术在航天测控系统中的应用实际,采用DSP TMS320F2811和矢量控制技术,设计出一套永磁同步电机伺服控制系统的软、硬件平台。多种实验测试证明,设计的系统具有良好的性能。
本文首先对永磁同步电机的矢量控制技术和直接转矩控制技术进行了系统的分析研究。通过对两种控制策略的原理及控制性能进行比较分析,结合伺服传动控制系统的需求,矢量控制技术因电流利用率高、调节器容易实现而被选为本课题的控制方案。通过对这矢量控制中四种电流控制方法的转矩控制特性、转矩输出能力、功率因数特性、电流控制特性等进行分析,结合本课题所采用的凸极式永磁同步电机,选用id=0的转子磁场定向控制方法。
其次,对空间矢量脉宽调制(SVPWM)的原理进行了阐述与推导,并利用Matlab/Simulink仿真软件,对整个控制系统进行了建模。恒定转速负载变化、转速变化负载恒定和给定位置负载恒定的仿真结果证明,采用SVPWM技术能够实现永磁同步电机伺服系统的高性能控制。
接着,介绍了系统样机的硬、软件结构和主要功能模块的原理和实现方法,给出了主电路部分电路设计图和外围接口电路图。在硬件设计的基础上,利用CCS3.3,以C语言编写软件代码,实现了永磁同步电机伺服系统的三闭环控制。
最后,应用所编写的软件,对试验样机进行了实验调试,实验结果表明设计的交流伺服系统设计合理、性能稳定,可满足航天测控系统中伺服系统的性能需求。