本文選題：交流伺服系統(tǒng) + 永磁同步電機　； 參考：《杭州電子科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：當今中國工業(yè)自動化進程的加速使得高精度交流伺服系統(tǒng)在工業(yè)各領域的應用越來越廣泛。而新型永磁材料的研制和眾多性能良好的電機控制策略的提出使得以永磁同步電機為代表的伺服系統(tǒng)在性能上可以直接媲美直流伺服系統(tǒng)。新型電力電子器件和新一代高性能微控制器、可編程邏輯器件的推出更是使得永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)從模擬向數(shù)字、低頻向高頻、分立向集成的方向發(fā)展。過去永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)常常以DSP作為控制器,這使得其所控制的電機數(shù)量受到很大限制。隨著中低端高性價比的FPGA的不斷推出,以FPGA作為中央控制芯片的一片控制器拖動多個伺服電機的架構在越來越多的如多軸工業(yè)機器人、四軸飛行器等分布式交流伺服電機系統(tǒng)中得到采用。本文首先介紹了以永磁同步電機作為控制對象的交流伺服系統(tǒng)的演變過程、基本系統(tǒng)結(jié)構和基本性能指標。從永磁同步電機物理模型出發(fā),闡述了電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩原理。通過分析永磁同步電機的數(shù)學模型然,比較了永磁同步電機矢量控制的幾個常用策略,分析了其優(yōu)缺點。接著詳細介紹了永磁同步電機的id=0控制策略,根據(jù)功率相等和磁動勢相等原則推導了矢量控制中Clark變換、Park變換、Ipark變換。闡述與研究了SVPWM原理,并在此基礎上利用SIMULINK仿真工具對id=0控制策略進行了仿真和研究。然后在仿真和理論的基礎上設計了以FPGA作為控制核心的硬件方案和軟件程序。在硬件方案中詳細介紹了全橋整流電路、防浪涌電路、IPM電路、LNK306輔助開關電源電路、滯回比較制動電路、SVPWM信號傳輸電路、相電流采集電路等電路的功原理、給出了電路參數(shù)設計過程;而在軟件程序中給出了矢量坐標變換、Cordic算法計算正余弦、相電流采集、SVPWM信號發(fā)生器等各個功能模塊的設計原理和具體實現(xiàn)。最后對完成的永磁同步伺服驅(qū)動器進行了詳細實驗調(diào)試,測量了系統(tǒng)中的關鍵電流電壓波形,并分析了系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因,提出相應的改進措施。
[Abstract]:Nowadays, with the acceleration of industrial automation in China, high precision AC servo system is more and more widely used in various fields of industry. With the development of new permanent magnet materials and the development of many excellent motor control strategies, the servo system represented by permanent magnet synchronous motor (PMSM) can be compared with DC servo system in performance. The introduction of new power electronic devices and a new generation of high-performance microcontrollers and the introduction of programmable logic devices make the development of PMSM AC servo system from analog to digital, low frequency to high frequency and discrete integration. In the past, DSP was often used as the controller of PMSM servo control system, which limited the number of PMSM servo control system. With the introduction of FPGA with high performance and low cost ratio, more and more servomotors are being driven by a controller with FPGA as the central control chip in more and more industrial robots such as multi-axis. Four-axis aircraft and other distributed AC servo motor systems have been adopted. In this paper, the evolution process of AC servo system with permanent magnet synchronous motor (PMSM) as control object, the basic system structure and basic performance index are introduced. Based on the physical model of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the principle of electromagnetic torque produced by PMSM is expounded. By analyzing the mathematical model of permanent magnet synchronous motor (PMSM), several common strategies of PMSM vector control are compared, and its advantages and disadvantages are analyzed. Then, the id=0 control strategy of PMSM is introduced in detail. According to the principle of equal power and equal magnetodynamic potential, the Clark transform Park transform and Ipark transform in vector control are deduced. The principle of SVPWM is expounded and studied, and the control strategy of id=0 is simulated and studied by using SIMULINK simulation tool. Then, based on the simulation and theory, the hardware scheme and software program with FPGA as the control core are designed. In the hardware scheme, the work principle of full-bridge rectifier circuit, anti-surge circuit, IPM circuit and LNK306 auxiliary switching power supply circuit, hysteresis comparison braking circuit, SVPWM signal transmission circuit, phase current acquisition circuit, etc., are introduced in detail. The circuit parameter design process is given, and the design principle and realization of each function module such as vector coordinate transform Cordic algorithm to calculate sine cosine, phase current acquisition and SVPWM signal generator are given in the software program. Finally, the completed permanent magnet synchronous servo driver is debugged in detail, the key current and voltage waveforms in the system are measured, and the causes of the system errors are analyzed, and the corresponding improvement measures are put forward.
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM341

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本文編號：1933545