(硕士论文)基于DSP的交流永磁同步电机伺服控制系统的研究.pdf

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南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
交流永磁同步电机伺服控制系统在数控机床、家用电器、机器人以及航空航天等领
域应用广泛。随着电力电子技术和微处理器技术的不断发展,基于 DSP 的全数字交流永
磁同步电机伺服控制系统,容易实现高性能控制策略和先进控制算法,已成为交流伺服
系统的发展趋势。
本文阐述了课题研究的背景和意义,介绍了交流伺服系统的分类及其相关技术,对
交流永磁同步电机伺服系统的国内外发展现状及发展趋势进行综述,对电机结构进行分
析,并在 dq0 坐标下建立交流永磁同步电机的数学模型。
本文主要研究任务是设计并开发一套基于 DSP 的全数字交流永磁同步电机伺服控制
系统。通过对模型参数的分析,本系统采用直轴电流为零的矢量控制策略。系统硬件主
要由电源板、智能功率板和 DSP 最小系统控制板组成。伺服系统采用典型的电流、速度和
位置三闭环控制结构,位置环采用 P 控制;电流环采用 PI 控制;速度环采用参数自整定
模糊 PID 控制,解决了超调和快速性的矛盾,提高了系统抗干扰能力,符合高性能伺服
系统的要求。系统的软件设计在 DSP S 下编写完成。
在 MATLAB/Simulink 环境下对三相交流永磁同步电机伺服系统各个环节进行仿真研究,
重点对模糊 PID 与传统的双闭环 PID 控制系统仿真结果进行了对比,验证系统控制策略
的可行性。最后,在伺服系统硬件平台和 DSP 集成开发软件平台上进行系统实验,观察电流环
与速度环的实验波形。结果表明,该伺服驱动系统具有较好的控制精度和动态响应性能,验证
了上述理论和仿真分析,为后续研究提供了良好的技术基础。

关键词:永磁同步电机,模糊 PID,DSP,矢量控制,交流伺服系统
I
基于 DSP 的交流永磁同步电机伺服控制系统的研究
ABSTRACT
AC permanent synchronous servo drive system is widely used in so many fields such as
NC machine, household appliances, robots engineering and aeronautics and astronautics. With the
development of electrical-electronical and micro processer technology, permanent
synchronous digital servo system based on DSP has e the develop trend for the performance in
realizing control strategy of high capability and advanced control arithmetic.
In this paper, the actuality and relevant technology of servo were introduced and the future
direction was prospected. A mathematical model of permanent synchronous electromotor
was established in dq0 coordinate system based on which effect factors in low speed were analyzed.
The main task of the subject is to design a digital AC servo drive which does well in practice.
The control object of the drive is a permanent synchronous electromotor ac