基于DSP的数控机床交流伺服系统的研究

论文摘要

数控技术是现代工业的重要基础,也是未来先进制造技术的核心内容。伺服技术是数控机电一体化技术的重要组成部分,其性能对产品加工精度和加工效率都起着重要的作用。近年来,随着数控机床加工的不断发展,研制高精度、快响应的数控交流伺服技术有着非常重要的现实意义。本文给出了一套数控加工用正弦波永磁同步电机交流伺服系统的设计方案。本方案以TMS320F2812数字信号处理器为核心,既包括电流反馈电路、位置速度反馈电路、主电路和驱动电路等系统硬件,也包含了矢量控制、SVPWM、速度位置电流计算、PID控制器等软件环节。首先,论文建立了永磁同步电机的数学参考模型,对转子磁场定向的矢量控制原理进行了理论分析,确定了id = 0的控制策略和和SVPWM的脉宽调制方式。其次,详细阐述了电流检测电路、滤波电路、速度位置检测电路、主电路等系统硬件电路的设计方案,经过调试可以达到系统要求。按照模块设计的思想,运用C语言编写了系统的实时控制程序,包括初始化程序、主程序和下溢中断子程序。在此基础上,运用MatlabSimulink对矢量控制算法、SVPWM生成、电流回路、速度回路和位置回路的调节进行了仿真,为系统的实现和调试打下了理论基础。最后,对永磁同步交流伺服系统进行了仿真和试验结果分析,结果表明:系统具有较好的动态和静态性能,初步实现了系统要求,为进一步深入研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 数控技术的现状和发展趋势
• 1.2.1 数控技术的发展现状
• 1.2.2 数控技术未来的发展趋势
• 1.3 永磁同步交流伺服的现状和发展趋势
• 1.3.1 永磁同步交流伺服的现状
• 1.3.2 永磁同步交流伺服的发展趋势
• 1.4 永磁同步交流伺服的控制策略
• 1.4.1 永磁同步交流伺服的经典控制策略
• 1.4.2 永磁同步交流伺服的先进控制策略
• 1.4.3 永磁同步交流伺服的无传感器控制
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机数学模型及矢量控制策略
• 2.1 永磁同步电机的基本结构
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机的矢量变换
• 2.2.2 永磁同步电机在D-Q 坐标系下的数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制
• 2.3.1 矢量控制的基本思想
• 2.3.2 矢量控制的电流控制方法
• 2.4 空间矢量脉宽调制
• 2.5 本章小结
• 第3章 永磁同步交流伺服系统的硬件电路设计
• 3.1 永磁同步交流伺服系统的基本结构
• 3.2 伺服系统的主控制电路
• 3.2.1 TM5320F2812 最小系统
• 3.2.2 PWM 隔离电路
• 3.2.3 电流检测电路
• 3.2.4 速度位置检测电路
• 3.3 伺服系统的主功率回路
• 3.4 本章小结
• 第4章 永磁同步交流伺服系统的软件与仿真模型
• 4.1 永磁同步交流伺服系统软件结构
• 4.1.1 初始化程序和主程序
• 4.1.2 中断子程序
• 4.2 永磁同步交流伺服系统控制器设计
• 4.3 永磁同步交流伺服系统仿真分析
• 4.3.1 永磁同步电机、电机测量和PID 控制器模块
• 4.3.2 功率逆变与坐标变换模块
• 4.3.3 SVPWM 模块
• 4.3.4 仿真系统整体结构
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验与仿真结果分析
• 5.1 实验条件
• 5.2 仿真结果
• 5.2.1 负载突变仿真
• 5.2.2 位置响应仿真
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢