【摘要】：隨著我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的持續(xù)推進,對伺服系統(tǒng)的需求正在不斷增長。永磁同步電機(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、運行效率高等諸多優(yōu)點,被廣泛應用在工業(yè)自動化、家用電器、航空以及國防等各個領域。本文在充分了解PMSM數(shù)學模型和控制原理的前提下,設計了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、貼片機等需要實現(xiàn)快速、準確的位置控制,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,通過實驗驗證該方法在提高定位性能中效果明顯。并成功將該方法應用于自動玉米磨面機的位置伺服控制當中。本文主要工作內(nèi)容如下:(1)在了解PMSM結(jié)構(gòu)的基礎上,建立PMSM數(shù)學模型。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(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)工作原理和實現(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,并詳細介紹了該方法的控制原理以及實現(xiàn)流程,給出了系統(tǒng)整體控制結(jié)構(gòu)框圖。(2)設計了伺服控制系統(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。詳細分析了STM32F103VET6及其外圍電路、整流電路、開關電源電路、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。詳細介紹了主函數(shù)、TIM1中斷函數(shù)、轉(zhuǎn)子角度實時計算、M/T法測速、調(diào)節(jié)器的設計、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計,并給出程序流程圖。(4)搭建實驗平臺,進行了PWM實驗、加減負載實驗、速度實驗和定位實驗。通過對相電流、速度以及位置等實驗波形進行分析,證明了電壓矢量直接調(diào)節(jié)法在定位過程中的有效性。將該方法應用于自動玉米磨面機中的分料管電機和間隙電機的定位控制,能夠滿足快速、準確以及低超調(diào)的定位要求。綜合來看,設計的伺服控制系統(tǒng)性能良好,達到預期目標。
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM921.541;TP273
【圖文】：

永磁同步電機通常由機座、定子、轉(zhuǎn)子、軸承以及端蓋等部分組成，另外還有件、通風口或冷卻通道、接線盒等[43]。永磁同步電機三相定子繞組在空間呈 12，一般希望在定子繞組中感應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、插入式和內(nèi)置式三種。如圖 2.1 所示。

由式（2.4）可得，在 ABC 軸坐標系下定子繞組各相相電壓與電流和轉(zhuǎn)子角度有關，同時每相電流本身就是非線性的時變量，因此在 ABC 軸坐標系下仍然難以對永磁同步電機實施有效的控制，需要對其數(shù)學模型進一步簡化。2.2.2 坐標變換直流電機具有換向器和電刷裝置，通過這種特殊的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了勵磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解耦，使得直流電機有較高的控制性能。如果可以通過其他方法實現(xiàn)換向器和電刷相同的功能，那么永磁同步電機的數(shù)學模型就可以等效成直流電機，獲得和直流電機一樣好的控制性能。坐標變換正是基于這種思想，將 ABC 軸坐標系變換到 軸坐標系，稱為 3或者 Clarke 變換；再從 軸坐標系變換到dq軸旋轉(zhuǎn)坐標系，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 軸坐標系和dq 軸坐標系的變換如圖 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 來說明兩種坐標系的相對位置。假設 軸坐標系和dq 軸坐標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)坐標系下永磁同步電機的數(shù)學模型

【參考文獻】

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本文編號：2797629