高性能交流伺服驅(qū)動技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人穩(wěn)定、高效運(yùn)行的必備環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。然而,目前國內(nèi)交流伺服驅(qū)動器存在技術(shù)落后、同質(zhì)化嚴(yán)重等問題,多數(shù)依賴于進(jìn)口,從而限制了國內(nèi)同類技術(shù)的深入發(fā)展。因此,為了進(jìn)一步提高工業(yè)機(jī)器人的控制性能,本文設(shè)計(jì)一套基于DSP的伺服驅(qū)動系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的精確、穩(wěn)定地控制。（1）伺服驅(qū)動理論及系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。在建立永磁同步電機(jī)簡化模型的基礎(chǔ)上,依次分析矢量控制算法及其SVPWM實(shí)現(xiàn)方式,設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體控制和通訊方案,從而為后續(xù)軟件和硬件設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。（2）伺服驅(qū)動系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。以系統(tǒng)整體方案為基礎(chǔ),依次進(jìn)行控制單元和驅(qū)動單元電路設(shè)計(jì)。其中,控制單元部分以微處理器DSP為核心,實(shí)現(xiàn)逆變過程控制、反饋信號處理以及核心運(yùn)算等功能。驅(qū)動單元部分以功率器件PS21869為核心,具體實(shí)現(xiàn)逆變過程、反饋信號采集以及相應(yīng)的保護(hù)電路,并完成系統(tǒng)原理圖和PCB設(shè)計(jì)。（3）伺服驅(qū)動系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。選擇CCS作為下位機(jī)軟件平臺,對DSP進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn),包括反饋信號的采集、矢量控制算法的實(shí)現(xiàn)、逆變過程的控制以及與下位機(jī)的通信等。以Labview為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)平臺,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收及處... 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類Fig2-1RoterstructureclassificationofPMSM

中國石油大學(xué)(華東)工程碩士學(xué)位論文7節(jié)將對永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的控制原理進(jìn)行介紹。2.2.1矢量控制原理矢量控制的起源，最早可追溯至20世紀(jì)60年代德國Darmstadt技術(shù)大學(xué)的K.Hasse博士在其論文中提出這一基本思想。20世紀(jì)70年代，德國西門子工程師F.Blaschke等人將其形成可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)理論，即三相電機(jī)磁場定向控制的方法；有人稱作磁場定向控制FOC，也有人稱為矢量控制VC[15]。永磁同步電機(jī)是交流電機(jī)，定子側(cè)通以三相交流電，以此產(chǎn)生定子側(cè)的旋轉(zhuǎn)磁常該磁嘗轉(zhuǎn)子永磁體的磁場以及氣隙磁場之間相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)唯一的輸入信號是定子側(cè)的三相交流電，在三相定子坐標(biāo)系中其矢量狀態(tài)和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同步，而且定子三相電流中包含了多種分量，強(qiáng)耦合性導(dǎo)致其不能簡化分析。為了簡化上述復(fù)雜運(yùn)行工況中的種種問題，通過變換來解決：圖2-2矢量控制原理框圖Fig2-2BlockdiagramofFOC如圖2-2所示，由最初的三相定子坐標(biāo)系中旋轉(zhuǎn)的空間矢量，轉(zhuǎn)換為在兩相定子坐標(biāo)系中的空間矢量；再由兩相定子坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子側(cè)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；最終，將三相定子坐標(biāo)系下的定子側(cè)電流解耦，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子側(cè)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩個(gè)正交分量Mi和Ti。其中Mi為電流的勵(lì)磁分量，Ti為電流的轉(zhuǎn)矩分量。這樣完全可以將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)來處理，為實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)精確控制提供可能。2.2.2坐標(biāo)變換方法矢量控制方式的本質(zhì)是將電機(jī)系統(tǒng)中多變量耦合的情況簡單化處理，具體方式是通

第2章伺服驅(qū)動理論及系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)10因?yàn)槎ㄗ雍娃D(zhuǎn)子間存在旋轉(zhuǎn)位移，并且轉(zhuǎn)子和磁場同步，故而兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換必然涉及其夾角，定義此夾角為，即圖2-5中i和di之間的夾角。dαqβicosθsinθiisinθcosθi(2-8)αdβqicosθsinθiisinθcosθi(2-9)通過矢量合成的原則，可得到Park變換如上式(2-8)及Park逆變換如上式(2-9)。圖2-5兩相定子坐標(biāo)系與兩相轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Fig2-5Twophasestatorcoordinatesystemandrotatingcoordinatesystemoftwophaserotor2.2.3矢量控制的控制方法經(jīng)過上述坐標(biāo)變化的方式，已經(jīng)將自然坐標(biāo)系中定子上三相交流電Ai、Bi和Ci，轉(zhuǎn)換為模擬出來的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩個(gè)正交分量，分別是勵(lì)磁電流分量di和轉(zhuǎn)矩電流分量qi。此時(shí)對電機(jī)的控制，從控制定子側(cè)三相交流電轉(zhuǎn)化為對兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流的兩個(gè)正交分量的控制。兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程為：efqdqdq3TpiLLii2(2-10)其中，p為電機(jī)極對數(shù)；f為永磁體磁鏈；dL、qL為電感兩個(gè)軸的分量；di、qi為電流在兩個(gè)軸的分量。電流控制有多種實(shí)現(xiàn)方式，每種方式采用不同的方法控制di和qi。鑒于其方法的不同，最終表現(xiàn)在電機(jī)運(yùn)行工況中也會有相應(yīng)的差異。主流的電流控制方式有：最大轉(zhuǎn)矩電流比控制、最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制、cos=1控制及di=0控制[17]。

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碩士論文
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