本文關鍵詞：基于XMC4500永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：交流伺服系統(tǒng)研發(fā)與廣泛應用,是促進我國國防工業(yè),空間技術、制造業(yè)發(fā)展,縮小與世界先進國家差距的重要環(huán)節(jié),同時也對降低能源損耗、改善生態(tài)環(huán)境有著重大的意義。在交流伺服系統(tǒng)中,永磁同步電機具備十分優(yōu)良的低速性能、調(diào)速范圍寬廣、動態(tài)特性優(yōu)良和效率高,已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。本論文以驅動單軸伺服轉臺為應用背景,完成了基于英飛凌單片機的永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。首先在永磁同步電機原理模型的基礎上,基于矢量控制理論,通過坐標變換將永磁同步電機復雜的數(shù)學模型簡化。針對轉臺內(nèi)嵌的表貼式電機采取id=0的控制策略,得到類似于他勵直流電機的控制模型。隨后分析了空間矢量脈寬調(diào)制的原理和具體實現(xiàn)步驟,搭建了Simulink下電流轉速雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型,通過仿真實現(xiàn)同步電機矢量控制,設計PI參數(shù)改善交軸、直軸電流在電機啟動、突加負載情況下動態(tài)特性。其次,完成了交流伺服系統(tǒng)硬件實驗平臺的設計。硬件平臺由控制板和功率板組成,控制板以英飛凌32位工業(yè)級單片機XMC4500最小系統(tǒng)為核心,支持粗精雙通道旋轉變壓器勵磁和位置解調(diào)、支持與上位機之間串行通訊。功率板實現(xiàn)功率變換和測量保護功能。功率變換以英飛凌的IGBT模塊FB20R06W1E3和驅動芯片6ED003L06為核心,實現(xiàn)單相交流電的整流和逆變。此外,功率板支持母線電壓電流和相電流的測量。為避免伺服系統(tǒng)因過壓過流損壞,實驗平臺分別在硬件和軟件層面設計有多層保護措施,系統(tǒng)安全性高。再次,基于KEIL515完成了交流伺服系統(tǒng)軟件實驗平臺的設計。程序由主程序、中斷程序和功能子程序構成。另外,本文詳細分析了XMC4500在電機控制領域常用外設的使用方法,尤其是數(shù)字解調(diào)單元DSD模塊的配置和片上AD同時采樣的配置,給使用英飛凌芯片的開發(fā)工作者提供參考。最后,在仿真的基礎上,對伺服系統(tǒng)進行測試。分別就角位置、相電流、線電壓等一系列參數(shù)在電機開環(huán)、閉環(huán)的條件下進行了驗證和測量。將閉環(huán)的實驗結果與矢量控制的仿真結果分析比對,進一步完善了該交流伺服系統(tǒng)功能和性能。
【關鍵詞】：永磁同步電機 矢量控制 空間矢量脈寬調(diào)制 旋轉變壓器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM341
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 交流伺服技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-16
• 1.2.1 電機制造技術12-13
• 1.2.2 功率半導體器件13
• 1.2.3 數(shù)字控制器的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 矢量控制技術的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.5 位置檢測的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文章節(jié)安排16-17
• 第2章 PMSM數(shù)學模型及SVPWM技術17-31
• 2.1 永磁同步電機數(shù)學模型的建立17-20
• 2.1.1 永磁同步電機在三相靜止坐標系中數(shù)學模型17
• 2.1.2 永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的模型17-19
• 2.1.3 永磁同步電機在兩相旋轉坐標系下的模型19-20
• 2.2 永磁同步電機控制策略20-22
• 2.3 電壓空間矢量脈寬調(diào)制( SVPWM )控制技術22-30
• 2.3.1 合成電壓空間矢量22-23
• 2.3.2 基本電壓矢量的空間分布23-24
• 2.3.3 期望電壓矢量所在扇區(qū)的判斷24-26
• 2.3.4 電壓矢量的合成與作用時間的計算26-27
• 2.3.5 非零基本矢量與零矢量的作用順序27-29
• 2.3.6 SVPWM的生成29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第3章 系統(tǒng)硬件設計31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 硬件總體設計方案31-32
• 3.3 控制板硬件設計32-36
• 3.3.1 電源與功率接口32-33
• 3.3.2 XMC4500最小系統(tǒng)33
• 3.3.3 復位/啟動與調(diào)試33-34
• 3.3.4 旋轉變壓器接口34-36
• 3.3.5 通訊接口36
• 3.4 功率板設計36-45
• 3.4.1 整流濾波電路36-37
• 3.4.2 逆變與驅動電路37-41
• 3.4.3 電流檢測電路41-42
• 3.4.4 隔離電路42
• 3.4.5 保護電路42-45
• 3.5 本章小結45-46
• 第4章 交流伺服系統(tǒng)軟件設計46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 主程序設計46-50
• 4.2.1 DSD初始化和角位置解調(diào)46-48
• 4.2.2 CCU8初始化和SVPWM產(chǎn)生48-49
• 4.2.3 ADC初始化與電流采樣49-50
• 4.3 中斷服務程序設計50-53
• 4.3.1 母線過流處理51-52
• 4.3.2 母線過壓處理52-53
• 4.3.3 SVPWM生成子程序53
• 4.4 本章小結53-55
• 第5章 仿真結果和實驗結果分析55-69
• 5.1 引言55
• 5.2 仿真結果分析55-60
• 5.2.1 坐標變換模型55
• 5.2.2 空間矢量脈寬調(diào)制生成模型55-58
• 5.2.3 矢量控制雙閉環(huán)系統(tǒng)模型58-59
• 5.2.4 系統(tǒng)特性分析59-60
• 5.3 實驗結果分析60-68
• 5.3.1 旋轉變壓器與角度位置解調(diào)61-64
• 5.3.2 電機上電測試64-68
• 5.4 本章小結68-69
• 結論69-70
• 參考文獻70-76
• 致謝76

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