【摘要】：隨著我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的持續(xù)推進(jìn),對伺服系統(tǒng)的需求正在不斷增長。永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服控制系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩脈動小、動態(tài)性能好、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化、家用電器、航空以及國防等各個領(lǐng)域。本文在充分了解PMSM數(shù)學(xué)模型和控制原理的前提下,設(shè)計(jì)了PMSM伺服控制系統(tǒng)軟硬件。針對某些特定場合如工業(yè)縫紉機(jī)、貼片機(jī)等需要實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的位置控制,傳統(tǒng)三閉環(huán)控制已難以滿足要求。為此,分析了電壓矢量直接調(diào)節(jié)法,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法在提高定位性能中效果明顯。并成功將該方法應(yīng)用于自動玉米磨面機(jī)的位置伺服控制當(dāng)中。本文主要工作內(nèi)容如下:(1)在了解PMSM結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,建立PMSM數(shù)學(xué)模型。闡述并比較幾種常見的矢量控制方法,確定i_d(28)0的控制方法。分析了空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)工作原理和實(shí)現(xiàn)過程。針對傳統(tǒng)控制方法在定位過程中存在的不足,采用電壓矢量直接調(diào)節(jié)法,并詳細(xì)介紹了該方法的控制原理以及實(shí)現(xiàn)流程,給出了系統(tǒng)整體控制結(jié)構(gòu)框圖。(2)設(shè)計(jì)了伺服控制系統(tǒng)硬件電路�？刂瓢逯骺匦酒捎肧TM32F103VET6,驅(qū)動主回路采用型號為FSBB30CH60的IPM。詳細(xì)分析了STM32F103VET6及其外圍電路、整流電路、開關(guān)電源電路、IPM主電路、相電流采樣電路、母線電壓監(jiān)測及保護(hù)電路以及傳感器接口電路的工作原理。(3)根據(jù)伺服驅(qū)動器的功能要求,在IAR Embedded Workbench 5.4上完成了伺服控制系統(tǒng)軟件編程。詳細(xì)介紹了主函數(shù)、TIM1中斷函數(shù)、轉(zhuǎn)子角度實(shí)時計(jì)算、M/T法測速、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)、SVPWM、轉(zhuǎn)子初始角度檢測以及轉(zhuǎn)子角度校正等部分的軟件設(shè)計(jì),并給出程序流程圖。(4)搭建實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行了PWM實(shí)驗(yàn)、加減負(fù)載實(shí)驗(yàn)、速度實(shí)驗(yàn)和定位實(shí)驗(yàn)。通過對相電流、速度以及位置等實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行分析,證明了電壓矢量直接調(diào)節(jié)法在定位過程中的有效性。將該方法應(yīng)用于自動玉米磨面機(jī)中的分料管電機(jī)和間隙電機(jī)的定位控制,能夠滿足快速、準(zhǔn)確以及低超調(diào)的定位要求。綜合來看,設(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)性能良好,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM921.541;TP273
【圖文】：

永磁同步電機(jī)通常由機(jī)座、定子、轉(zhuǎn)子、軸承以及端蓋等部分組成，另外還有件、通風(fēng)口或冷卻通道、接線盒等[43]。永磁同步電機(jī)三相定子繞組在空間呈 12，一般希望在定子繞組中感應(yīng)出正弦反電動勢波形；在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中采用了稀土通過永磁體產(chǎn)生勵磁磁場。按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體的位置可以將永磁同步電機(jī)、插入式和內(nèi)置式三種。如圖 2.1 所示。

由式（2.4）可得，在 ABC 軸坐標(biāo)系下定子繞組各相相電壓與電流和轉(zhuǎn)子角度有關(guān)，同時每相電流本身就是非線性的時變量，因此在 ABC 軸坐標(biāo)系下仍然難以對永磁同步電機(jī)實(shí)施有效的控制，需要對其數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步簡化。2.2.2 坐標(biāo)變換直流電機(jī)具有換向器和電刷裝置，通過這種特殊的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了勵磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解耦，使得直流電機(jī)有較高的控制性能。如果可以通過其他方法實(shí)現(xiàn)換向器和電刷相同的功能，那么永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型就可以等效成直流電機(jī)，獲得和直流電機(jī)一樣好的控制性能。坐標(biāo)變換正是基于這種思想，將 ABC 軸坐標(biāo)系變換到 軸坐標(biāo)系，稱為 3或者 Clarke 變換；再從 軸坐標(biāo)系變換到dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，稱為 2s/2r 或者 Park 變換。（1）Clarke 變換對三相定子繞組通以三相平衡正弦電流可以生成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，并且旋轉(zhuǎn)頻率與施加的電流頻率一致。然而，對兩相對稱繞組通兩相平衡正弦電流同樣產(chǎn)生相同的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。Clarke 變換正是以磁動勢等效的原則，用兩相平衡正弦電流來代替三相平衡正弦電流

圖 2.4 軸坐標(biāo)系和dq 軸坐標(biāo)系的變換如圖 2.4 所示，dq軸是旋轉(zhuǎn)的， 軸是靜止的，通過d 軸和 軸之間的夾角 來說明兩種坐標(biāo)系的相對位置。假設(shè) 軸坐標(biāo)系和dq 軸坐標(biāo)系下的各相繞組有效匝數(shù)均為2N ，同樣根據(jù)磁動勢等效原則，將 軸繞組磁動勢投影到dq軸上，可得：di i cos i sin （2.12）qi i sin i cos （2.13）改寫為矩陣形式：dqi cos sin ii sin cos i （2.14）相應(yīng)的，其逆變換為：dqi cos sin ii sin cos i （2.15）2.2.3 在 dq 軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2797629