本文關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機器人用永磁同步電機伺服系統(tǒng)研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國正面臨著人口老齡化趨勢上升和農(nóng)業(yè)勞動力不足日益突現(xiàn)的問題,因此,農(nóng)業(yè)機器人在我國這個農(nóng)業(yè)大國有著巨大的市場。盡管現(xiàn)在應用于農(nóng)業(yè)機器人的電機驅(qū)動伺服控制技術(shù)已經(jīng)十分成熟,但由于其工作環(huán)境及作業(yè)對象的特殊性,目前所采用的封閉式控制系統(tǒng)制約著農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展。設計開放式的應用于農(nóng)業(yè)機器人的伺服控制系統(tǒng)顯得尤為重要。論文以普遍應用于機器人驅(qū)動用交流永磁同步電機為研究目標,對基于DSP的電機控制系統(tǒng)設計與研制進行研究。主要研究內(nèi)容如下:首先,概要地介紹課題的背景和意義,分析了當前國內(nèi)外交流伺服技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。通過分析永磁同步電機結(jié)構(gòu),建立電機在dq坐標系下的數(shù)學模型,在選用?0di控制作為矢量控制策略的基礎(chǔ)上,設計永磁同步電機伺服系統(tǒng)的三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。其中,電流環(huán)采用PI控制;在速度環(huán)控制中引入目標值濾波器型二自由度PID控制方法,并對二自由度PID控制器的設計方法及其實現(xiàn)方案做了詳細介紹;設計基于滑模變結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)位置環(huán)控制器。其次,完成了基于DSP的交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的總體方案設計和軟、硬件設計。建立以TMS320F2812為核心的永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件平臺,主要包括DSP控制板、功率驅(qū)動模塊、信號檢測與調(diào)理模塊、電源四部分,并完成對DSP控制板的最小系統(tǒng)、其外圍擴展電路,功率驅(qū)動模塊的三相逆變器電路、驅(qū)動電路、整流濾波電路以及隔離保護電路,信號檢測與調(diào)理模塊的電流檢測電路、電壓檢測電路和位置以及速度檢測電路的設計。同時,介紹了系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu)和設計思想,并詳細介紹主程序、中斷服務程序和主要功能子程序設計流程,如PWM生成設置、位置與速度計算、電流采用、2-DOF PID控制算法流程、PI控制算法流程。最后,在硬件實驗平臺上對PMSM伺服控制系統(tǒng)的軟件進行調(diào)試。給出了調(diào)試過程和實驗結(jié)果,獲得的實驗波形結(jié)果顯示,該伺服控制系統(tǒng)具有較好的控制精度,良好的動、靜態(tài)性能,較大的低速轉(zhuǎn)矩和較寬的調(diào)速范圍,為后續(xù)的研究奠定了必要的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機 矢量控制 伺服控制 數(shù)字信號處理器
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242;TM341
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢10-12
• 1.2.1 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢11-12
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容12-14
• 第二章 永磁同步電機數(shù)學模型及其矢量控制14-20
• 2.1 數(shù)學模型建立14-17
• 2.2 永磁同步電機矢量控制17-19
• 2.2.1 矢量控制基本原理17
• 2.2.2 永磁同步電機矢量控制策略分析17-18
• 2.2.3 永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)框圖18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第三章 永磁同步電動機伺服控制器設計20-33
• 3.1 永磁同步伺服系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)20-21
• 3.2 電流環(huán)控制器設計21
• 3.3 速度環(huán)控制器設計21-27
• 3.3.1 帶電流環(huán)永磁同步電機模型22
• 3.3.2 二自由度PID控制器設計22-24
• 3.3.3 二自由度PID控制器的數(shù)字化實現(xiàn)24-27
• 3.4 位置環(huán)控制器設計27-32
• 3.4.1 滑模變結(jié)構(gòu)基本原理28-31
• 3.4.2 基于滑模變結(jié)構(gòu)的位置環(huán)控制器設計31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第四章 伺服控制系統(tǒng)總體方案及硬件設計33-50
• 4.1 交流伺服系統(tǒng)被控對象參數(shù)及性能指標33-35
• 4.2 伺服控制系統(tǒng)硬件電路設計35-36
• 4.3 DSP控制電路設計36-41
• 4.3.1 TMS320F2812概述36-38
• 4.3.2 最小系統(tǒng)電路38-39
• 4.3.3 外圍擴展電路39-41
• 4.4 主電路與功率驅(qū)動模塊硬件設計41-45
• 4.4.1 主電路設計與計算41-43
• 4.4.2 功率電路設計43-44
• 4.4.3 智能功率模塊的驅(qū)動44-45
• 4.5 信號檢測與調(diào)理模塊硬件設計45-48
• 4.5.1 電流檢測電路45-46
• 4.5.2 電壓檢測電路46-47
• 4.5.3 轉(zhuǎn)子位置與速度檢測電路47-48
• 4.6 電磁兼容的設計48-49
• 4.7 本章小結(jié)49-50
• 第五章 交流永磁同步伺服系統(tǒng)軟件設計50-65
• 5.1 控制軟件開發(fā)平臺50-51
• 5.2 DSP中的浮點數(shù)的定標與IQmath庫51-52
• 5.3 系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu)52-53
• 5.4 中斷服務程序53-55
• 5.4.1 定時器下溢中斷53-54
• 5.4.2 捕獲中斷54-55
• 5.4.3 外部故障中斷55
• 5.5 系統(tǒng)主要子程序模塊55-63
• 5.5.1 PWM生成設置55-57
• 5.5.2 轉(zhuǎn)子位置計算57-59
• 5.5.3 轉(zhuǎn)子速度計算59-62
• 5.5.4 電流采樣62-63
• 5.6 2-DOF PID控制算法流程63-64
• 5.7 PI控制算法流程64
• 5.8 小結(jié)64-65
• 第六章 仿真及實驗結(jié)果65-72
• 6.1 仿真效果分析65-67
• 6.1.1 二自由度PID控制仿真分析65-66
• 6.1.2 滑�？刂品抡娣治�66-67
• 6.2 伺服系統(tǒng)控制板硬件調(diào)試67-68
• 6.2.1 控制板調(diào)試67
• 6.2.2 硬件調(diào)試時遇到的問題及其解決方案67-68
• 6.3 實驗結(jié)果及分析68-71
• 6.3.1 PWM輸出的波信號68-69
• 6.3.2 電機的電流波形69-70
• 6.3.3 電機速度波形70-71
• 6.4 本章小結(jié)71-72
• 第七章 總結(jié)與展望72-74
• 7.1 總結(jié)72-73
• 7.2 展望73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他科研成果79

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本文編號：308726