【摘要】：隨著管道加工產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展,引領(lǐng)著彎管數(shù)控機(jī)床朝著高效率、高智能、高集成和高精尖的方向發(fā)展,對其伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也提出了新的要求。即實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)快速平滑且精確的速度與位置控制,同時(shí)具有強(qiáng)抗干擾能力和魯棒性。本文在廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目“一體化數(shù)控管道加工關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究與產(chǎn)業(yè)化”的資助下,以永磁同步電機(jī)(PMSM)的伺服驅(qū)動(dòng)器為研究對象,研究并設(shè)計(jì)了應(yīng)用于一體化彎管數(shù)控機(jī)床的PMSM伺服驅(qū)動(dòng)器。本文完成的主要工作和取得的研究成果如下:(1)完成了一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)彎管數(shù)控機(jī)床及其伺服控制系統(tǒng)的研究背景與發(fā)展趨勢,結(jié)合一體化彎管數(shù)控機(jī)床的工藝的基礎(chǔ),提出了伺服驅(qū)動(dòng)器的性能指標(biāo)和功能,完成了一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的總體設(shè)計(jì)方案,包括硬件和軟件兩個(gè)部分。(2)將MPC(Model Predictive Control)引入了PMSM矢量控制策略中,并完成了仿真驗(yàn)證研究。將MPC引入PMSM矢量控制環(huán)路中去,對各個(gè)環(huán)路的控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì),重點(diǎn)完成了速度環(huán)MPC控制器的設(shè)計(jì)。最后,在MATLAB/Simulink軟件上搭建了仿真模型,完成了基于MPC的PMSM矢量控制仿真。仿真結(jié)果驗(yàn)證了基于MPC的PMSM的矢量控制具有良好的控制性能與魯棒性。(3)完成了一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的硬軟件設(shè)計(jì)。運(yùn)用Altium Designer軟件完成伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件設(shè)計(jì),主要包括以IPM為核心的主功率電路、驅(qū)動(dòng)器供電電源電路和以TMS320F28335為核心的控制與檢測電路的設(shè)計(jì);運(yùn)用CCS6.0軟件設(shè)計(jì)完成伺服驅(qū)動(dòng)器的軟件設(shè)計(jì),主要包括主程序、中斷程序和系統(tǒng)服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)。(4)搭建了試驗(yàn)平臺,完成了對基于MPC的PMSM矢量控制的試驗(yàn)研究,重點(diǎn)完成了PMSM的空載啟停和空載加減速試驗(yàn)。本文將基于MPC的矢量控制引入一體化伺服驅(qū)動(dòng)器中,仿真與試驗(yàn)結(jié)果均表明基于MPC的PMSM矢量控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性,滿足一體化彎管數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和控制要求。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM341;TG659
【圖文】：

（1）基于 MPC 的 PMSM 的直接轉(zhuǎn)矩控制基于 MPC 的 PMSM 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是假設(shè)逆變器的開關(guān)狀態(tài)預(yù)測出，利用預(yù)測得到的系統(tǒng)輸出，結(jié)合目標(biāo)函數(shù)求得逆變器的開關(guān)量最優(yōu)解統(tǒng)的控制量。（2）基于 MPC 的 PMSM 的矢量控制基于 MPC 的 PMSM 的矢量控制（FOC）是以矢量控制原理為基礎(chǔ)，將 MP PMSM 矢量控制速度環(huán)或電流環(huán)中，采用 MPC 設(shè)計(jì)速度環(huán)控制器或電流器，在線優(yōu)化選擇使性能指標(biāo)函數(shù)最小的控制量，這樣選出的控制量是最制量，作用于系統(tǒng)能夠得到最優(yōu)的控制性能。一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)課題組與中山市奧美森工業(yè)有限公司于 2014 年共同開發(fā)了一套面向市場化彎管數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品[23]，其彎管數(shù)控機(jī)床外形結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。

第 3 章 一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)一體化彎管數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件總體方案，對伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括主功率電路、供電電源電路、DSP 最小系統(tǒng)電路、通信接口電路、光電隔離驅(qū)動(dòng)電路、信號采樣與調(diào)理電路、故障檢測與保護(hù)電路和編碼器檢測電路設(shè)計(jì)。3.1 主功率電路設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)器主功率電路如圖 3-1 所示。

22圖 3-4 驅(qū)動(dòng)器的弱電側(cè)供電電源電路3 DSP 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)DSP 最小系統(tǒng)是指保證 DSP28335 可以正常工作，需要最少硬件結(jié)構(gòu)，包P 芯片、電源、擴(kuò)展存儲電路、時(shí)鐘電路和仿真接口 JTAG 電路，DSP28小系統(tǒng)電路如圖 3-5 所示。圖中，SST39VF800A 為數(shù)據(jù)總線寬度 16 位，容量為 8M 的 flash 閃存61LV51216 為數(shù)據(jù)總線寬度 16 位，容量為 8M 的 SRAM。MAX811 是電源檢測芯片，用于 DSP 復(fù)位電路，當(dāng)被監(jiān)控電源電壓低于 2.93V 時(shí)，DSP 自位，而按下 RESET 按鈕時(shí)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位操作。

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