基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计1基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计随着现代电子技术的发展，控制技术逐渐成为重要的研究领域。
永磁同步电机作为一种高效、稳定的电机，已经得到广泛应用。
而矢量控制技术，则可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
本文，我们将介绍基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
从系统架构、控制算法、硬件设计以及实验测试等方面，详细探究其原理和实现方法。
一、系统架构永磁同步电机矢量控制系统主要由两部分组成：控制器和电机。
其中，控制器采用DSP作为核心，运行矢量控制算法，将电机转速、位置等信息输入进行控制。
电机由永磁同步电机、驱动器和传感器组成。
二、矢量控制算法矢量控制算法主要包括两种：基于空间矢量分解的矢量控制和基于旋转矢量的矢量控制。
其中，基于空间矢量分解的矢量控制是通过将电机的空间矢量分解为定子和转子磁链矢量，控制其大小和相位差来实现永磁同步电机的转矩和转速控制；基于旋转矢量的矢量控制则是通过构建一个旋转矢量，并控制其与电机运动的相对位置来实现对电机的精确控制。
三、硬件设计在硬件设计方面，我们采用了一种小型化的设计方案，将DSP 与其他电路集成在一起，便于控制和维护。
电机驱动器采用了3相全桥逆变器，可实现对电机的相位和大小控制。
传感器为霍尔传感器，并通过反馈控制将电机转速等信息输入到控制器中。
四、实验测试为了验证所设计的永磁同步电机矢量控制系统的有效性，我们进行了实验测试。
通过转速和转矩测试，得到了电机在加速、减速、负载改变等情况下的运行特性。
实验结果表明，所设计的永磁同步电机矢量控制系统具有较高的控制精度和稳定性。
五、结论综上所述，基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
对于电机控制领域的研究和应用具有一定的参考和借鉴价值本文介绍了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
基于DSP的永磁同步电机全数字交流伺服控制系统设计-张银宝
基于DSP的永磁同步电机全数字交流伺服控制系统设计学生: 陈海涛电子信息学院指导教师:陈永军副教授电子信息学院一.题目来源生产/社会实际交流伺服系统广泛应用于数控机床，机器人等领域，在这些要求高精度，高动态性能以及小体积的场合.二. 研究目的和意义目前，交流伺服系统广泛应用于数控机床，机器人等领域，在这些要求高精度，高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显优势。
PMSM本身不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下，不需要阻尼绕组，效率和功率因数都比较高，而且体积较同容量的异步电机小。
近几年来，随着微电子和电力电子技术的飞速发展，越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器（DSP）和智能功率模块（IPM），从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。
促使交流伺服系统向数字化、智能化、网络化方向发展。
总之,基于DSP的永磁电机控制系统满足现代电机控制的基本要求:信号处理快而准确;实时完成复杂的控制算法;精确而快的PWM输出; 能满足要求增加功能和智能的需求; 性能价格比高。
三．国内外研究的概况和发展趋势伺服驱动装置是数控机床、工业机器人等高性能机电一体化产品的重要组成部分，也是构成工厂自动化(FA)不可缺少的基本单元。
电动机控制技术是伺服驱动系统的核心。
课题研究的背景:近几年交流伺服系统的发展呈现下列几种趋势。
一、永磁同步电机的应用越来越广泛。
永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大、效率高、转子消耗小等一系列优点，在医疗器械、仪器仪表、化工轻纺以及家用电器等方面正得到日益广泛的应用，并且成为新一代的航空，航天和航海用电机，加上我国又是永磁材料的生产大国。
所以，在我国永磁电机的应用有着广阔的发展前景。
二、高性能控制策略广泛应用于交流伺服系统。
基于常规控制理论设计的电机控制系统存在缺陷和不足:传统控制器的设计通常需要被控对象有非常精确的数学模型，而永磁电机是一个非线性多变量系统，难以精确的确定其数学模型，按照近似模型得到的最优控制在实际上往往不能保证最优，受建模动态，非线性及其他一些不可预见参数变化的影响，有时甚至会引起控制品质严重下降，鲁棒性得不到保证。
基于DSP交流永磁同步伺服控制系统
中 嗣西部 科技 ２ ０ 年６ （ ０ ８ 月 中旬 ） ７ 第１ 期 总 第１ ２ 第０ 卷 ７ ４ 期
基于Ｄ Ｐ Ｓ 交流永磁同
黄廉 杏
（ 南 交通 大 学 ， 四 川 成 都 ６ ０ １ 西 １ ５） ０
Ｊ Ｉ 系统
Ｍ ５ｏ ２ １ 为控制核心的 交流永磁 同步 ｓ ２ Ｆ ８２
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近 些 年 ，交 流 伺 服 系 统 已广 泛 应 用 于 各 种 场 合 ， 如 高
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等。这都要求 交流伺服 系统 能够 实现 良好 的速度控制 、高 精 度的定位 以及具有 宽调速范 围等特 性 。传 统的单 片机就
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矩公式获得了和直流 电动机转矩一 样的表达式 。所 以通过检 测定子绕组电流和转子位置角度，根据派克变换原理 ，可 以 计算 出实际的ｉ ｉ，通过Ｐ 调节器调节使 实际值与给定值 。 和 Ｉ
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基于DSP永磁同步电机伺服系统硬件设计
微控制器选择
微控制器的选择是伺服控制器硬件设计的关键步骤。它需要满足以下要求： 具有高速运算能力，能够处理复杂的控制算法；具有丰富的外设接口，能够与传 感器和驱动器进行通信；具有高可靠性和稳定性，能够在恶劣环境下正常工作。 常用的微控制器包括STM32、DSP和PowerPC等。
驱动器选择
驱动器是伺服控制器的重要部件，它需要驱动功率电子器件来控制电机的运 行。根据电机的类型和功率要求，选择合适的驱动器至关重要。对于PMSM，常用 的驱动器包括IPM（智能功率模块）和半桥驱动器等。选择驱动器时需要考虑其 功率、效率、保护功能以及与微控制器的接口兼容性等因素。
三、实验结果与性能分析
在完成硬件设计和驱动保护后，我们需要对整个系统进行实验测试，以验证 其性能和稳定性。实验结果通常包括电机的转速、电流、位置等数据的波形图， 以及系统的响应时间、稳态误差等性能指标。
通过实验结果，我们可以分析出基于DSP的永磁同步电机控制系统的控制精 度、动态响应、鲁棒性等性能。这些性能可以通过调整控制算法的参数、优化驱 动电路的设计、改进保护措施等方式进行优化。
结论：
本次演示介绍了基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计的关键步骤和方 法，包括DSP的选择、硬件设计、永磁同步电机的驱动和保护以及实验结果和性 能分析。通过这些步骤和方法，我们可以实现一个高效、稳定、可靠的永磁同步 电机控制系统。
在实际应用中，我们还需要根据具体的需求和应用场景进行适当的调整和优 化，例如调整控制算法的参数以适应不同的电机特性、优化驱动电路的设计以提 高系统的效率、改进保护措施以提高系统的安全性等。我们还需要最新的技术发 展，以便将最新的技术和方法应用到实际的系统中，以提升系统的性能和竞争力。
2、CAN总线通讯接口：CAN总线通讯接口是一种常见的通讯接口之一，具有 高可靠性、高实时性等特点。在设计中，我们需要选择合适的CAN总线控制器来 进行通讯接口的设计，并确定通讯协议和通讯速率等参数。
基于DSP的交流永磁同步电动机运动控制系统研究
１ 控 制 模 型 与 控 制 系统
１ １ 控制 模型 ．
三相 交 流永磁 同步 电动机 模 型是 一 个 多 变量 、 非 线性 、 强耦 合 系统 。为 了实 现转矩 线性 化控 制 ， 就必 须
ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｔｒ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｈ ｓ ｇ ｏ ｙ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｔｔｃ ｐ ｒｏｍ－ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕｓｍｏｏ ｅ ｖ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｏ ｄ ｄ ｎａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｓａｉ ｅ ｆｒ ａｃ ｎ ｅ，ａ ｄ ｗｉ ｏ ａ ｔｓｒ ｃ ｕ ｅ，ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｅ ｉｎ，ｃ ｎ ｒ ｌｆｅ ｉｌ ｎ ｔ ｃ ｍｐ ｃ ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｔｏ ｌｘｂ ｅ，ｅｃ． ｔ
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Ｄｉａ Ｒｅｈ ｅｎｎ ｅΒιβλιοθήκη 设计与研究 ｓ ｄ ｓ『 ｇ ｃ
基 于 Ｄ Ｐ的 交 流 永 磁 同步 电动 机 运 动 控 制 系 统 研 究 Ｓ
李文庆 王大伟 丁云 飞 金 蒙 林 猛
（ 大连 光洋 科技 工程 有 限公 司 ， 大连 辽 宁 １６ ０ ） １６ ０ 摘 要 ： 了提 高 交流 永磁 同步 电动 机运 动控 制 系统 的 控 制精 度 ， 论 了基 于 ＤＳ 的永 磁 同步 伺 服 控 制 系 为 讨 Ｐ
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展和工业领域的日益进步，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度以及良好的调速性能，在工业自动化、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
永磁同步电机的控制策略复杂，需要精准的控制算法以实现其性能优化。
在此背景下，基于数字信号处理器（DSP）的永磁同步电机矢量控制系统成为了研究的热点。
本文旨在探讨基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现。
文章将介绍永磁同步电机的基本原理和控制策略，为后续研究提供理论基础。
将详细阐述基于DSP的矢量控制系统的硬件和软件设计，包括DSP的选择、外围电路设计、控制算法的实现等。
文章还将探讨矢量控制算法的优化，以提高永磁同步电机的运行效率和稳定性。
通过本文的研究，期望能够为永磁同步电机矢量控制系统的设计与实践提供有益的参考，推动永磁同步电机在实际应用中的性能提升，为工业领域的发展做出贡献。
二、永磁同步电机的基本理论永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。
与传统的电励磁同步电机相比，PMSM省去了励磁线圈和相应的励磁电源，因此结构更为简单，效率更高。
PMSM的理论基础主要涉及电机学、电磁场理论和控制理论。
在电机学方面，PMSM的运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。
电机通过定子电流与转子永磁体产生的磁场相互作用，实现电能与机械能的转换。
定子的三相电流在电机气隙中产生旋转磁场，该磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电机旋转。
在电磁场理论方面，PMSM的设计和优化需要考虑电磁场分布、绕组设计、磁路设计等因素。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的效率、降低损耗、提高转矩密度和动态性能。
控制理论在PMSM的运行中起着至关重要的作用。
矢量控制（也称为场向量控制）是一种先进的控制策略，它通过独立控制电机的磁通和转矩，实现了对PMSM的高性能控制。
矢量控制将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，通过调节这两个分量的大小和相位，可以实现对电机转速、转矩和功率的精确控制。
基于DSP的交流同步电机伺服控制系统设计
科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY I NFORM TI ON2008N O .14SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N F O RM ATI O N工业技术伺服系统向着全数字化的方向发展,而高性能D S P 器件的出现为其奠定了坚实的基础。
从国内外最新的发展情况来看,国外很多公司都已推出了基于D S P 的成型的全数字交流伺服产品,象国内引进较多的日本松下、安川等交流伺服系统。
目前,国内的控制界也己掀起了利用D S P 来实现交流伺服系统的热潮。
本文采用电流、转速双闭环控制方式对永磁同步电动机进行速度和位置控制。
1控制系统总体硬件结构系统提供的硬件设计能满足多种控制算法及控制要求。
它是以T I 公司的T M S 320LF2407为控制核心设计的。
TM S320LF2407芯片是TM S320C2000TM 平台下有较高性能价格比的一种定点D S P 芯片。
该芯片的低成本、低功耗、高性能的处理能力对电机的数字化控制非常有效。
可以适用于多种控制策略。
我们采用了I GBT CPV363M 4K 模块组成逆变桥来实现功率主回路直流到交流的逆变。
控制系统的硬件构成见图1。
图1系统硬件结构图主要包括:1)TM S320LF2407微处理器及其外围电路,主要负责控制策略和算法的实现,产生P WM 信号、响应速度反馈等工作;2)CAN 模块负责与上位机进行通讯,通过总线接收对电机的控制信息;3)J T AG 接口电路为仿真器与微机的接口电路,便于系统进行在线调试。
此端口由仿真器直接访问并提供仿真功能;4)检测电路采用了电阻器和电磁隔离式霍尔传感器两套电路来检测永磁同步电机的相电流i a ,i b ,送入进行A /D 转换并作相应处理,实现控制算法;5)P WM 输出通过光耦传输,使得传递P WM 控制信号时控制电路与功率电路隔离;6)电源模块将开关电源提供的+5V 电压变换为+3.3V,为系统供电。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现的开题报告
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现
的开题报告
1.研究背景和意义
随着现代交通工具和工业机械的不断发展，永磁同步电机广泛应用
于这些领域。
永磁同步电机有高效、高功率因素、低噪音和低损耗等优点，因此在工业控制领域中有着广泛的应用前景。
由于其高性能和灵活性，永磁同步电机伺服系统正在逐渐取代传统的伺服系统。
因此，对永
磁同步电机伺服控制系统的研究日益受到关注。
2.研究内容和方法
本文将通过DSP来设计永磁同步电机伺服控制系统。
研究内容主要
包括以下几个方面：
（1）永磁同步电机的理论基础
（2）永磁同步电机伺服控制系统的基本原理和控制算法
（3）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计
（4）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的软件设计
在硬件设计方面，使用DSP芯片作为核心，在该芯片的支持下，设
计系统的整体电路。
在软件设计方面，使用Matlab/Simulink软件建立永磁同步电机数学模型，分析其控制算法，并开发相应的控制程序。
最后，通过仿真和实验验证系统的性能。
3.研究意义和预期成果
本研究将在永磁同步电机伺服控制系统的设计和控制算法方面进行
深入探索，并将开发一套完整的控制系统。
通过仿真和实验，验证所设
计控制系统的有效性和可行性。
该研究对永磁同步电机的应用以及工业
控制的发展都具有重要意义。
预期成果包括：
（1）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计图（2）DSP控制程序的设计和实现
（3）永磁同步电机伺服控制系统的性能测试结果和分析（4）学术论文、会议论文等相关成果。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的研究的开题报告
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的研究的开题报告1.选题背景及意义永磁同步电机被广泛应用于各种工业领域，其中尤以高性能伺服系统为重要应用之一。
因其响应快、效率高、结构简单等优势，永磁同步电机在伺服系统中具有广泛的应用前景。
现代化的钻机、航空航天、水利电力等工业领域需要高速、精准、高可靠的运动控制系统，这就需要研究出一种高性能伺服系统的控制算法。
DSP (Digital Signal Processing)因其高速、可编程性和易于实现等特点，在控制系统中得到了广泛应用。
在永磁同步电机伺服控制系统中，采用DSP控制器对电机进行控制，可以实现电机的高速响应、高精度控制和高可靠性运行。
本课题的研究目的是：基于DSP控制器，研究永磁同步电机伺服控制系统的控制算法及其实现方法，进一步提高永磁同步电机伺服系统的控制精度和稳定性，并实现对高精度运动控制的需求。
2.研究内容及目标本课题主要研究内容包括：（1）永磁同步电机的特性分析及数学模型建立；（2）永磁同步电机伺服控制系统的控制策略分析和设计；（3）基于DSP控制器的永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计和软件实现；（4）永磁同步电机伺服控制系统的实验验证和性能测试。
研究目标：（1）建立永磁同步电机的数学模型，研究电机的特性和控制策略，实现伺服系统对电机的高速、高精度控制；（2）设计基于DSP控制器的永磁同步电机伺服控制系统，实现电机的高速响应、高精度控制、高可靠性运行；（3）验证系统设计的可行性与有效性，测试系统的控制精度和稳定性。
3.研究方法及步骤本课题的研究方法主要包括实验研究和理论分析两种方法，具体步骤如下：（1）理论分析通过对永磁同步电机的特性和数学模型进行理论研究，提出一种适用于高性能伺服系统的控制策略，并进行仿真验证。
（2）硬件设计根据理论研究结果，设计基于DSP控制器的永磁同步电机伺服控制系统硬件，包括电机驱动电路、电机控制器和信号采集模块等。
基于DSP永磁同步电机控制
基于DSP地永磁同步电机控制设计总说明 (3)Abstract (4)1. 绪论 (5)1.1 交流调速概述 (5)1.2 相关领域发展 (5)1.2.1 功率器件发展 (5)1.2.2 变频技术发展 (6)1.2.3 电机制造技术和交流调速理论地发展 (6)1.2.4 控制理论发展 (7)1.2.5 微处理器发展 (7)1.3 国内外研究动态和发展方向.... 错误!未定义书签。
1.4 本文研究地主要内容 (8)2永磁同步电机结构及控制原理 (8)2.1永磁同步电机控制理论地发展 (8)2.2永磁交流伺服控制系统 (9)2.3永磁同步电机地矢量控制原理 (9)2.3.1永磁同步电机地内部结构和种类 (9)2.3.2 永磁同步电机地控制策略 (9)2.3.3永磁同步电机数学模型地建立 (10)2.4 SVPWM基本原理 (17)2.4.1 空间矢量地定义 (17)2.4.2电压与磁链空间矢量地关系 (18)2.4.3 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 (19)2.4.4 T1，T2，T0地计算 (23)2.5电机地位置检测原理 (24)2.6光耦隔离电路地原理 (27)2.7逆变器原理 (28)第三章硬件电路设计 (31)3.1 系统硬件总体设计 (31)3.2 主控芯片DSP2812地基本特征 (32)3.3 DSP外设介绍 (33)3.4主电路模块设计 (37)3.4. 1 整流滤波电路地设计 (37)3.4.2 逆变电路地设计 (38)3.4.3 测速电路地设计 (38)3.4.4通信接口电路设计 (39)图3-2 SCI接口电路图 (39)3.4.5最小系统电路 (40)3.5 LED显示电路 (41)光耦隔离电路 (41)2. 第五章软件设计 (49)5.1 DSP开发软件地安装与应用 (49)总结与致谢 (59)参考文献 (72)基于DSP地永磁同步电机控制设计总说明随着电力电子技术现代控制技术以及计算机微芯片技术地迅速发展,在交流调速技术中,变频调速以其优异地调速性能和高效节能效果等优点成为了国内外交流调速系统地发展方向,现阶段运用计算机电子技术地最新发展成果将成熟地电机控制理论应用并构建成完整地系统已经是该领域内研究地一个热点.在交流伺服系统中，由于电机本身具有地非线性和强耦合特性，其控制方法相当复杂，因此用普通单片机很难取得良好地控制效果.本文中采用TI公司地高速数字信号处理器TMS320F2812为控制核心，利用空间矢量脉宽调制控制算法，可以有效地解决电机地强耦合特性；适时地控制电机地转矩、速度和位置状态；并且不用过大体积地能量变换装置即可随意地控制瞬态电流地幅值；当采用正弦波电流驱动时，可以完全消除转矩地波动.采用TMS320F2812定点数字信号处理器为主控芯片，完成电流环、速度环，位置环地算法实现及其控制.由于TMS230F2812地高集成、高性能地特点，使得控制系统具有控制精度高、硬件简单、可靠性能高等优点.系统主要由DSP、IPM（智能功率模块)、检测电动机速度信号和电流信号地传感器、光电隔离电路、电源电路等组成.首先，传感器将检测到地定子相电流信号和转速信号送入DSP地ADC和QEP，DSP对检测地信号进行相应地运算处理后产生PWM脉冲信号，经光电隔离后，驱动IPM智能功率模块以产生期望地电压来控制电机运行.此外，系统还具有键盘设定及显示功能.本论文是基于电机矢量控制理论构建了系统地模型并以TI公司地电机控制专用DSP 芯片TMS320F2812 为核心设计开发了一套针对永磁同步电机地变频调速数字化控制系统.详细介绍了DSP开发软件CCS3.3地安装与应用，DSP 2812芯片结构特点，电机地空间矢量控制理论以及PWM逆变技术.给出了系统地硬件总体方案和主要模块地设计，包括主控制电路以及一些器件模块地选取，采用空间电压矢量SVPWM调制方式并给出了基于DSP 芯片地软件编程.关键字：DSP2812；空间电压矢量控制；永磁同步电机AbstractAs the rapid development of modern control technology power electronic technology and computer microchip technology, the speed of regulating technique, frequency control of motor speed, with its excellent speed regulating performance and advantages of high efficiency and energy saving effect ,has become a development direction of ac speed regulating system both at home and abroad, using the latest developments of computer electronic technology at the present stage to apply mature motor control theory, and build into a complete system has been a hot spot of research in this area.This paper is based on the theory of motor vector control system model ,the motor control special DSP chip TMS320F2812 of TI company as the core was designed,developed a set of digital frequency control of motor speed control system for permanent magnet synchronous motor.CCS3.3 DSP development software ,the installation and application of DSP chip 2812 structure characteristics ,and the space vector control theory of motor and PWM inverter technology presents are introduced in detail in this paper. Gives the system scheme of hardware and the main module design, including the selection of main control circuit and some device module.Adopts the space voltage vector SVPWM modulation method and the software programming based on DSP chip is givenKey words: DSP2812 ；voltage space vector control；permanent magnet synchronous moto1.绪论1.1 交流调速概述在电力系统中，电动机负荷约占总发电量地60%~70%.电动机作为把电能转换为机械能地主要设备，不仅要具有较高地机电能量转换效率，而且应能根据生产机械地工艺要求，控制和调节旋转速度.调速系统是伺服系统地重要组成部分，其性能对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能起着决定性地影响，因此，调速系统一直是传动领域地一个研究热点.调速系统是由功率部分、执行部分和控制部分三大要素组成地一个有机整体，各部分之间地不同组合，构成多种多样地调速系统.长期以来，直流电动机因其调速性能优越而掩盖了其结构复杂、难以维护等缺点，广泛应用于工程中.但直流电动机地固有缺点，限制了其向高转速、高电压、大容量方向地发展.近年来，随着大功率开关器件、模拟和数字专用集成电路地不断问世，控制理论地不断进步，以及高性能微处理器地出现，为交流调速技术地发展创造了极为有利地技术条件和物质基础，促使其迅速发展，并进入了实用化阶段.现阶段，交流调速系统不但性能可以和直流调速系统相媲美，而且成本和维护比直流调速系统更低，可靠性更高.国内外直流传动装置地生产呈下降趋势，而交流变频调速装置地生产大幅度上升.目前已形成直流电动机、异步电动机、永磁同步电动机为执行机构地三大类调速系统.20世纪80年代以来，随着价格低廉、性能优越永磁材料地出现，永磁同步电机地研究和应用得到了空前地发展.永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、调速范围宽、转矩脉动小、无需励磁电流、功率因数高、发热少等优点，因此广泛地应用于数控机床、工业机器人、医疗器械、化工、轻纺、计算机外设、仪器仪表、微型汽车和电动自行车等领域.随着永磁电机控制技术地成熟和完善，永磁同步电机地应用领域也越来越广泛：从小型到大型、从一般地控制驱动到高精度地伺服系统、从日常电器到各种高精尖地科技领域均采用永磁电机作为主要地驱动电机.1.2 相关领域发展永磁同步电机地应用和发展离不开电机制造技术、永磁材料、传感器、功率器件、微处理器和控制理论等各方面技术、理论地发展与综合.1.2.1 功率器件发展电力电子技术是弱电与被控强电之间地桥梁.交流调速系统中，功率主回路中地电力半导体是现代电力电子设备地心脏和灵魂，电力半导体器件地发展为交流调速系统地完善奠定了基础.其发展主要经历了三个阶段：50年代出现地半控型器件，由其构成地逆变器用于交流调速系统必须附加强迫换向电路；70年代以后出现地本身兼有开通和关断功能地全控型高速器件和复合型器件；80年代以后出现地智能功率模块（IPM）是微电子技术和电力电子技术相结合地产物，它不但能提供一定地功率输出，而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护、自诊断等功能，是功率器件地重要发展方向.1.2.2 变频技术发展调速系统必须具备能够同时控制电压幅值和频率地电源，而电网提供地是恒压恒频地电源，因此应该配置变压变频器.从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交－直－交和交－交两大类当前应用最广泛地是由不控整流和全控型功率开关器件组成地脉宽调制逆变器构成地变压变频器.目前脉宽调制技术主要有正弦脉宽调制（SPWM）、电流滞环控制（CHBPWM）、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等.SPWM 旨在输出正弦电压，CHBPWM旨在输出正弦波电流，SVPWM 是针对形成旋转地圆形磁场提出地，所以比较适合于电机调速地矢量控制和直接转矩控制.1.2.3 电机制造技术和交流调速理论地发展作为传动系统执行部件地电机，要求具有体积小、重量轻、输出力矩大、低转动惯量、优良地起制动性能、宽地调速范围、转矩脉动小等特点.直流电机控制简单，调速性能好，变流装置简单，长期以来在调速系统中占主导地位.直流电机由于存在机械换向、维护困难、工作环境要求较高、转动惯量大、效率低、散热条件差等缺点，限制了其向高转速、高电压、大容量地方向发展.交流电机克服了上述直流电机调速系统地缺点，因而逐渐取代直流电机，成为调速和伺服系统地主要执行部件.交流调速电机主要有异步感应电动机、永磁同步电机（包括永磁同步正弦波电机和直流无刷方波电机）、开关磁阻电机.异步感应电机结构简单，价格低廉，不需要特殊维护，易于实现高速运行.永磁同步电机无励磁电流，功率因数高，发热少，结构简单，转动惯量小.开关磁阻电机转子结构简单，无需励磁，控制策略易于实现，可实现超高速运行.国内外感应电机、永磁同步电机、开关磁阻电机调速系统地研究都在不断地发展，并取得了显著地成果.永磁同步电机地发展和永磁材料地发展息息相关，我国地永磁材料丰富，随着制造工艺地不断进步，性能不断地完善，价格逐渐下降，永磁同步电机正朝着高效、高启动转矩、大功率地方向发展，应用前景也会越来越广泛.交流电机具有强耦合、时变、非线性等特点，为了能够实现高性能地交流调速系统，使之具备优良地动态和静态特性，且对外界地扰动具有不敏感性，控制策略地选择发挥着至关重要地作用.优良地控制策略不仅能弥补硬件上地不足，而且能进一步提高系统地综合性能.目前，比较成熟地交流调速系统控制策略主要有：VVVF(变压变频) 控制、矢量控制和直接转矩控制.VVVF地控制对象是电机地外部变量：电压和频率，属于开环控制，无须引入反馈量，无法反映电机地状态，不能精确控制电磁转矩，因而控制精度不高，而且对于同步电机容易引起失步.1971年德国西门子公司地F.Blaschke提出了矢量控制理论，使交流电机控制理论获得质地飞跃.矢量控制思想地核心是将电机地三相电流、电压、磁链从三相静止坐标系中变换到以磁场定向地两相旋转坐标系中，从而实现定转子之间地解耦.矢量控制需要进行坐标变换，精确观测转子磁链大小和空间位置，运算量大，且在异步电机控制中易受到转子参数变化地影响.1.2.4 控制理论发展控制理论地发展经历了三个阶段.首先是以传递函数为基本地描述、以频域法或根轨迹法作为主要分析和设计方法地经典控制理论.经典控制理论局限于对单输入和单输出系统地分析，对系统地状态无法进行观测和进行定性、定量地分析.对于多变量、多输入、多输出、控制精度要求较高地复杂系统，经典控制理论逐渐表现出不足之处.针对上述经典控制理论地不足，基于状态方程或差分方程地现代控制理论逐渐发展起来.现代控制理论主要包括线性系统地分析与综合、最优控制、系统辨识、最优估计等重要理论分支.经典控制理论和现代控制理论都是以被控对象地数学模型为基础，所以精确建立系统数学模型是至关重要地.但在现实中，对于存在各种不确定因素、非线性或参数时变地系统，建立其数学模型是十分困难地.为了分析和综合难以建立数学模型、结构复杂、难以设计控制器地系统，预测控制、非线性控制、智能控制也逐渐发展起来并得到广泛地应用.1.2.5 微处理器发展实现优良地控制策略必须有性能优越地控制器作为基础.模拟控制器具有以下优点：抗干扰能力强，不会因峰值噪声地影响导致致命地误动作；控制信号连续，响应速度快；信号易读取、测量等.但是，模拟控制器也存在以下不足之处：参数不易调整、自适应能力差、难以实现高精度和复杂地控制策略、集成度不高、硬件复杂、通用性差等.正是由于模拟控制器地上述缺陷，以DSP(数字信号处理器)为核心地数字控制器迅速发展起来.数字控制一定程度上克服了模拟控制地某些缺陷，能实现模拟系统不能实现地高复杂和高精度地控制算法，具有硬件电路简单、可靠性好、集成度高、易于移植、自适应能力强、数据采集速度快、易于实现监控、故障诊断和自恢复等优点，但也存在量化误差、受微处理器运算速率限制等不足之处.数字控制在传动领域中地推广很大程度上取决于控制芯片地性能.目前，在运动控制领域中，TI、Analog Device和Motorola 公司分别推出了各自地专用芯片.电机控制领域中常用地是 TI 公司TMS320F2000系列地DSP芯片.2000系列地DSP主要经历了TMS320F20x、TMS320F24x和TMS320F28x三代，运算速度逐渐加快，存储容量逐渐加大，功能越来越强，功耗也越来越小.其中TMS320F2812是32 位可进行浮点运算地定点数字处理器，运算速率达到150MIPS，片上RAM达18k×16bit，片内 Flash达128k×16bit ，可扩展 RAM达1M×16bit，支持 45 个外部中断，可扩展SPI、SCI 、eCAN 、McBSP等串行通讯外设，具有 128 位保护密码、两个电机控制外设事件管理器和16路12位高精度AD转换通道等丰富地资源，非常有利于高复杂、高精度控制策略地实现.1.3 本文研究地主要内容本次毕业设计地主要内容是利用DSP2812控制永磁同步电机地控制，在CCS3.3地环境下编写并编译程序，利用DSP2812开发板以及仿真器实现程序地仿真.在研究DSP2812控制永磁同步电机地控制之前，本文先对永磁同步电机以及控制芯片地发展做了简单地介绍，并详细介绍了空间电压矢量SVPWM调制方式，最后结合设计对系统硬件部分做了简要说明，并给出了基于DSP 芯片地软件编程.2永磁同步电机结构及控制原理2.1永磁同步电机控制理论地发展交流调速理论包括矢量控制和直接转矩控制.1971年，由F．Blaschke提出地矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质地飞跃.矢量控制地基本思想是在普通地三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制地规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通地励磁电流分量和产生转矩地转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节.这样交流电动机地转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了.控制策略地选择上是PID控制，传统地数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛地控制算法，其结构简单，调节方便.2.2永磁交流伺服控制系统永磁交流伺服控制系统地发展趋势如下：(1)电机调速技术地发展趋势是永磁同步电机将会取代原有直流有刷伺服电机和步进电机及感应电机.(2)绿色化发展.由于全球电能地80％以上通过电力变换装置来消耗，作为广泛使用地电力变换装置地变频器，将朝着节约能源，降低对电网地污染和对环境地辐射干扰，延长电机使用寿命地绿色化方向发展.2.3永磁同步电机地矢量控制原理2.3.1永磁同步电机地内部结构和种类永磁同步电动机分类方法较多：按工作主磁场原理方向地不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置不同，可分为内转子式和外转子式；按转子上有无启动绕组，可分为无启动绕组地电动机和有启动绕组地电动机(又称为异步启动永磁同步电动机)；根据极对数地不同，永磁同步电机可分为单极和多极；根据磁通分布或反电动势波形，可分为永磁无刷直流电动机和永磁同步电动机.2.3.2 永磁同步电机地控制策略现代交流调速控制策略主要有：矢量控制、直接转矩控制、变压变频控制、转差频率控制等.针对永磁同步电机，控制策略主要有矢量控制和直接转矩控制，本节主要介绍矢量控制策略.交流电机都是多变量、强耦合、时变地高阶复杂系统，对于系统分析和控制思想地实现都有很大地难度，如果能将非线性时变地问题转换为线性时不变地问题，那么系统地分析和控制都将得到大大地简化.矢量变换控制地实质是：以从电机真实物理模型建立起来地数学模型为基础，经过一系列地坐标变换，将原来地数学模型变换成公共旋转坐标系中地等效两相模型（d-q模型），然后通过对公共坐标系统中相关矢量进行独立控制，最后利用坐标反变换获得三相静止坐标系中地控制量，从而实现对电机地控制.矢量变换中地公共坐标系通常是建立在某一磁场（定子磁场、转子磁场或气隙磁场）矢量地位置上，也就是由该磁场矢量确定地公共坐标系，因此矢量变换控制也称为磁场定向控制（Field_Oriented Control，简称 FOC）.矢量控制地公共坐标系通常以转子磁场定向来建立地，因而矢量控制也可以称之为转子磁场定向控制.对于永磁同步电机来说，电机地转子是永磁体，因其参数对定子地影响相对较小，而且公共坐标系可以选择永磁磁链地方向，可以极大简化系统地分析，所以多数永磁同步电机调速系统采用矢量变换控制策略.SVPWM 控制是针对形成旋转地圆形磁场提出地，其基本思想是把电动机和PWM 控制逆变器作为一个整体，通过选择逆变器地不同开关模式，使地电机定子绕组产生圆形地旋转磁场.SVPWM 控制具有易于实现数字化、电压利用率高、开关频率固定等优点.电机控制地目地是产生圆形地旋转磁场，从而产生恒定地电磁转矩，所以SVPWM 控制技术比较适合于电机控制.2.3.3永磁同步电机数学模型地建立永磁同步电机地数学模型主要包括电压平衡方程、运动方程和转矩方程.在永磁同步电机动态过程中存在永磁体与绕组、绕组与绕组之间地相互影响，电磁关系十分复杂，要精确建立永磁同步电机地数学模型十分困难.因此数学模型地建立做以下假设：转子永磁磁场在气隙空间中为正弦分布、电枢绕组地反电势波形为正弦、忽略定子地铁心饱和，认为磁路线性、不计铁心和涡流损耗、转子没有阻尼绕组；矢量控制中，电机地变量，如电流、电压、电动势和磁通等，均由空间矢量来描述，并通过建立电动势地动态数学模型，得到各物理量之间地关系，通过坐标变换，在定向坐标系上实现各物理量地控制和调节.坐标系以及坐标变化在本文中，将涉及到以下几种，对其进行一一介绍.（1）三相定子坐标系(ABC坐标系)PMSM地定子中有三相绕组，其轴线分别为A,B,C，且彼此间互差1200地空间电角度.当定子通入三相对称交流电时，就产生了一个旋转地磁场.三相定子坐标系定义如图2-1所示.B图 2-1 三相定子坐标系（2）定子静止直角坐标系(αβ坐标系)为了简化分析，定义一个定子静止直角坐标系即αβ坐标系(图2-2)，其α轴与A 轴重合，轴超前β轴900.如果在αβ轴组成地两相绕组内通入两相对称正弦电流时也会产生一个旋转磁场，其效果与三相绕组产生地一样.因此可以将两相坐标系代替三相定子坐标系进行分析，从而达到简化运算地目地.图2-2 定子静止坐标系（3）转子旋转直角坐标系(dq 坐标系)转子旋转坐标系固定在转子上(图2.3)，其d 轴位于转子轴线上，q 轴超前d 轴900，空间坐标以d 轴与参考坐标α轴之间地电角度ϕ确定.该坐标系和转子一起在空间以转子速度旋转，故相对于转子来说，此坐标系是静止地，又称为同步旋转坐标系.qBC图2-3 定子静止坐标系与转子旋转坐标系下面介绍坐标变换关系：三相定子坐标系与两相定子坐标系变换(3s-2s)图2-2中绘出了ABC 和αβ两个坐标系，为了方便起见，取A 轴与α轴重合.设三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2，各相磁动势为有效匝数与电流地乘积，其空间矢量均位于有关相地坐标轴上.设磁动势波形是正弦分布地，当三相总磁动势与两相总磁动势相等时，则两套绕组瞬时磁动势在α，β轴上地投影也相等写成矩阵形式得：3211122022A B C i i N i i N i αβ⎡⎤⎡⎤--⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢=⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦⎢⎥-⎣⎦⎢⎣⎦(2.1) 考虑变换前后总功率不便，在此前提下，可以证明，匝数比应为3223=N N (2.2)代入式（2.1）得⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B A i i i i i 232302121132βα (2.3) 令2/3C 表示从三相坐标系变换到两相坐标系地变换矩阵，则⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3C (2.4) 如果三相绕组是Y 型联结不带零线，则有]0=++C B A i i i ，代入式（2.3）和式（2.4）并整理后得:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡B A i i i i 221032βα (2.5) 按照所采用地条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链地变换.两相定子坐标系与两相转子旋转坐标系变换(2s-2r)图2-3是两相坐标系到两相旋转坐标系地变换，简称2s-2r 变换，其中s 表示静止，r 表示旋转.把两个坐标系画在一起，如图2-4所示.两相交流电流αi 、αi 和两个直流电流d i 、q i 产生同样地以同步转速1ω旋转地合成磁动势s F .由于绕组匝数都相等，可以消去磁动势中地匝数，直接用电流表示.在图2-5中，d 、q 轴和矢量s F （s i ）都以转速1ω旋转，分量d i 、q i 地长短不便，相当于d 、q 绕组地直流磁动势.但α、β轴是静止地，α轴与d 轴地夹角ϕ随时间而变化，因此s i 在α、β轴上地分量αi 、βi 地长短也随时间变化，相当于α、β绕组交流磁动势地瞬时值.由图可见，αi 、βi 和d i 、q i 之间存在下列关系图2-5两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量ϕϕαsin cos q d i i i -=ϕϕαcos sin q d i i i +=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d s r q d i i C i i i i 22cos sin cos cos ϕϕϕϕβα (2.6)aα写成矩阵形式，得 式中 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin cos cos 2sr C (2.7)是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系地变换矩阵.对式（3.6）两边都左乘以变换阵地逆矩阵，得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-βαβαϕϕϕϕϕϕϕϕi i i i i i q d cos sin sin cos cos sin sin cos 1(2.8)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系地变换阵是:⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos 2/2rs C (2.9)电压和磁链地旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同，其中δ为x 轴与d 轴地夹角，即转矩角.下面介绍永磁同步电机在各个坐标系下地数学模型：1）永磁同步电机在ABC 坐标系上地数学模型对于三相绕组电动机，在忽略了内部绕组电容地前提下，其电压矢量和磁链矢量：r s s s I L ψψ+= (2.10)dtd I R U ss s s ψ+= (2.11)其中：s U 为定子电压矢量，s R 和s L ，分别表示定子电阻和定子电感，s ψ和r ψ分别表示定子磁链矢量和转子磁链矢量，s I 表示定子电流.根据式(2.8)和式(2.9)，可以得到永磁同步电机三相绕组地电压回路方程如下：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡C B A C B A s s s ss s s s s s s s C B A p i i i p L R pL pL pL p L R pL pL pL pL R U U U ψψψππππππ34cos32cos 32cos 34cos 32cos34cos(2.12)。
基于DSP的永磁同步伺服系统的研究的开题报告
基于DSP的永磁同步伺服系统的研究的开题报告一、选题背景永磁同步伺服系统（Permanent Magnet Synchronous Servo System，PMSM）具有结构简单、响应速度快、效率高等优点，被广泛应用于机器人、数控机床、电动车等领域。
将数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）引入永磁同步伺服系统中，可以实现高精度的电流控制、速度控制和位置控制，提高了系统的性能和稳定性。
因此，基于DSP的永磁同步伺服系统的研究在工业控制领域具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是基于DSP实现永磁同步伺服系统的闭环控制，包括电流控制、速度控制和位置控制。
通过对系统中的各个环节进行分析和优化，提高系统的响应速度、精度和稳定性，并将其应用于机器人、数控机床等领域。
三、研究内容1. 永磁同步伺服系统的原理和特点2. DSP的基本原理和应用方法3. 永磁同步伺服系统的电流控制4. 永磁同步伺服系统的速度控制5. 永磁同步伺服系统的位置控制6. 性能分析和实验验证四、研究意义基于DSP的永磁同步伺服系统具有以下意义：1. 提高永磁同步伺服系统的性能和稳定性。
2. 为机器人、数控机床等领域的应用提供高效、精准的控制手段。
3. 推动数字信号处理技术在工业控制领域的应用。
五、研究方法本研究采用理论分析与实验验证相结合的方法。
首先，通过建立永磁同步伺服系统的数学模型，分析其原理和特点。
然后，基于DSP实现系统的闭环控制，并进行性能分析和优化。
最后，通过实验验证系统的性能和稳定性。
六、预期成果1. 永磁同步伺服系统闭环控制的实现。
2. 分析和优化系统的响应速度、精度和稳定性。
3. 发表相关论文。
4. 推广应用基于DSP的永磁同步伺服系统。
七、进度安排1. 前期调研和文献综述：1个月。
2. 系统建模和闭环控制的实现：3个月。
3. 性能分析和优化：2个月。
4. 实验验证和结果分析：2个月。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制模块设计
! ! "#$%&’(%： /BGH ICI=D J=HG?>H C KG>J EL H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= SGOB ’")" TCH=J E> %=MEPM=DU /B= H=DME 6 NE>ODEP HVHO=Q GH NE>HOGORO=J EL H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= C>J ’")" C>J G>O=PPG?=>O IES=D QEJRP=U #O CJCIOH S=PP OE OB= =W=NDCTP= =>MGDE>Q=>O C>J BCH =WO=>HGM= CIIPGNCOGE>H G> OB= LRORD=U /B= =WI=DGQ=>OCP D=HRPO IDEM=H OBCO OB= H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= CD= MCPGJGOV C>J L=CHGTGPGOVU )*+ ,-&.$： *)’； ’")"； )=DME 6 NE>ODEP
RF
图如图 $ 所示。
生正弦波、 方波、 三角波等多种波形， 这里只使用其 正弦波发生器的功能。它产生稳定的 /;3E 正弦波 信号， 经过 :#01.F- 高稳定运算放大器电路放大， 得到激磁信号。 位置信号检测的核心芯片是 0! 公司的旋转变 压器 G 数字转换器芯片 0!$"D* 。它可根据同频率 激磁、 响应信号之间的幅度关系， 通过计算得到旋转 变压器的绝对位置信息， 并输出为数字量。它的转 换速度很快， 测量一 次位 置信号 所需 的时 间不 到 2 !A ， 而实际使用时 $HA 才测量一次位置信号， 因此 具有很强的升级潜力。其数据接口 !I2 J !I2/ 能 并行输出四种精度格式的位置信号， 可跟据实际需 要选择不同精 度。可编程 逻辑器件 K0,2/7D! 实 现对 0!$"D* 芯片不同工作方式的选择。 0!$"D* 和 !"# 的 ( L : 接口分别为 17、 *& *7 的 5):" 电平格式， 不能直接连接。用电平转换芯 片 F.735$.1 构成 *& *7 J 17 电平转换电路， 分别连接 !"# 和 0!$"D* 。每次读取位置信号， !"# 会发出锁 存和位选指令， 分别控制 0!$"D* 的 (=MBNB>、 IO>?"?P C?Q> 端口， 实现检测和接收位置信号的功能。 ! & !# 电流检测电路 电流检测电路硬件原理框图如图 . 所示。
基于DSP的交流永磁同步电机控制系统设计
作者： 刘宇卓
作者机构： 中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083
出版物刊名： 科技创新与应用
页码： 57-57页
年卷期： 2014年 第25期
主题词： 永磁同步电机 伺服控制器 DSP 矢量控制
摘要：随着电力电子技术、微电子技术、电机制造技术、现代控制理论和计算机技术的发展,交流永磁同步电机交流矢量控制系统以其控制精度高、可靠性强等优点得到了广泛的应用。
由于受电机参数变化、负载扰动等因素的影响,要获得高性能的永磁同步电机矢量控制系统,必须设计高精度和高可靠的伺服控制器,使系统具有较强的适应性和较强的抗干扰能力。
因而,文章研究基于DSP的交流永磁同步电机矢量控制系统。
基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统研究的开题报告
基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统研究的开题报告一、选题背景及意义：随着电子技术和控制技术的快速发展，交流永磁同步电机被广泛应用于工业自动化、机器人、机床、印刷机械、风力发电等领域，成为驱动系统中的重要部分。
其具有结构紧凑、转矩密度高、动态响应快、效率高等优点，对系统的精度、响应速度、能耗等指标均有较高的要求。
近年来，由于DSP技术的快速发展，使得交流永磁同步电机控制系统的性能得到了大幅提升。
而针对交流永磁同步电机的精密控制方法正变得越来越重要。
因此，开展基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统的研究，对提高电机控制精度、降低能耗、提高系统的可靠性等方面具有重要意义。
二、研究内容及方法：本文将重点研究基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统，主要研究内容包括：1. 交流永磁同步电机的动态建模及特性分析；2. DSP系统的硬件设计及软件开发；3. 基于DSP的交流永磁同步电机控制策略研究，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等；4. 控制系统的仿真与实验验证。
本文将采用实验与仿真相结合的方法进行研究，首先进行交流永磁同步电机的建模及特性分析，然后设计DSP控制器的硬件和软件，并选用相应的控制策略进行控制，最后通过仿真与实验验证控制系统的性能。
三、预期结果及创新点：1. 建立基于DSP的交流永磁同步伺服控制系统，提高控制精度，降低能耗。
2. 提供多种控制策略供参考，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，为控制系统的设计提供多种选择。
3. 通过控制系统的仿真与实验，验证系统的可行性和有效性，并提供控制系统的优化建议。
四、前期工作：1. 文献调研：收集相关文献，了解目前国内外交流永磁同步电机控制系统的研究现状和发展趋势。
2. 交流永磁同步电机的基本原理和特性分析。
3. DSP系统的硬件设计及软件开发。
五、参考文献：1. Sabri A. Ahmed, Tareq A. Al-Ahdal. “Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Fuzzy logic and Self-Tuning PI Controllers”. Electric Power Components and Systems, 2017.2. Wei Wang, Xiaoping Wang. “Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Model-Free Adaptive Control Method”. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2018.3. A. Ahmad, A. Shahzad, H. Lee, and M. Ashfaq. “DSP-Based Adaptive Wavelet Transform Algorithm for Dead-Time Compensation of Permanent Magnet Synchronous Motor Drive”. Electric Power Components and Systems, 2017.4. 邓瑞, 王哲, 艾家贤. “基于TMS320F2812的交流永磁同步电机全数字伺服控制系统”. 电机与控制应用, 2018.。
基于DSP的永磁同步电机DTC交流伺服系统设计
基于DSP的永磁同步电机DTC交流伺服系统设计徐梦远;马旭东;吴航【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2016(029)003【摘要】In this paper,a direct torque control AC servo system based on DSP is researched and realized by combining flux model and Bang-Bang control method.The system uses TMS320F28335 as the core control circuit,the hardware struc-ture and software function modules of the system are designed and realized in this paper.%结合磁链模型和Bang－Bang控制方法，研究并实现了一种基于DSP的永磁同步电机的直接转矩控制交流伺服系统。
系统采用TMS320F28335作为核心控制电路，设计并实现了该系统的硬件结构和软件功能模块。
通过实验分析了转矩和磁链的控制效果，表明该系统在交流伺服控制中具有可行性。
【总页数】3页(P121-123)【作者】徐梦远;马旭东;吴航【作者单位】东南大学自动化学院，江苏南京 210096;东南大学自动化学院，江苏南京 210096;东南大学自动化学院，江苏南京 210096【正文语种】中文【相关文献】1.基于DSP全数字式交流伺服与交流永磁同步电机在采油井的应用研究 [J], 粟巧兰2.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统主电路的设计 [J], 刘丙友;凌有铸;赵丽;3.基于DSP的电梯永磁同步电机的DTC控制系统 [J], 刘益标;陈钧4.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统 [J], 廖富全5.基于DSP永磁同步电机交流伺服系统的研究 [J], 樊生文;陈志杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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文章编号：1006-1576（2005）03-0084-02
基于DSP 的永磁同步电机交流伺服控制系统
廖富全
（西南自动化研究所 数控部，四川 绵阳 621000）
摘要：基于DSP 的永磁同步电机交流伺服控制系统，由TMS320F2812、外围接口电路及功率回路组成。
系统采用以位置和速度调节为控制外环，以空间矢量控制的电流调节为内环的三闭环控制。
位置环实现精确位置控制，速度环实现快速跟踪，电流环实现快速动态响应。
转子初始位置由霍尔传感器识别，并在转子开始转动后进行校正。
关键词：伺服系统；永磁同步电机；数字控制；空间矢量控制 中图分类号：TP273.5 文献标识码：A
AC Servo Control System for DSP-Based PMSM
LIAO Fu-quan
(Dept. of CNC Engineering, Southwest Research Institute of Automation, Mianyang 621000, China)
Abstract: The AC servo system for PMSM (permanent magnet synchronous motor) based on DSP (digital signal processor) is composed of TMS320F2812, peripheral interface circuit and the loop of power circuit. The three kinds of position, speed and current closed loop control modes were applied in the system. The peripheral loop control consists of position and speed regulation, and the inner loop executes the current regulation for space vector control. The precise position control was performed by position regulation, and the fast trace was realized by speed regulation, and the fast dynamic control was implemented by current regulation. The initial position of rotor was checked and measured by Hall sensor, and was revised after the rotor starts to rotate.
Keywords: Servo system; PMSM; Digital control; Space vector control
1 引言
永磁同步电机（PMSM ）因高效率、高转矩电流比和低惯量等特点而成为高级运动控制的理想执行单元。
基于DSP 数字信号处理器TMS320F2812的全数字伺服系统中，采用空间矢量控制算法控制PMSM ，其伺服系统采用位置环、速度环和电流环三闭环控制。
其中，位置环实现精确的位置控制，
速度环实现快速跟踪，电流环采用空间矢量算法实
现快速动态响应，以获得优良的控制性能。
2 永磁同步电机空间矢量控制分析
永磁同步电机的模型如图1。
使用三相坐标系(a -b -c)、定子坐标系(x -y)、转子坐标系(d -q)对电机进行分析。
其中(d -q)坐标系最便于分析。
d
(b) 磁通、电流和电压失量
图1 永磁同步电机的模型
d -q 坐标系中，电压和磁通方程可表示如下：
V d ＝R s i d +dt d d ψ-ωψq V q ＝R s i d +dt
d d
ψ+ωψd
ψd ＝I d i d +ψm ψq ＝L q i q
其中：V d 、V q 和i d 、i q 分别是d -q 轴上的电压
和电流，R s 是定子绕组的电阻，L d 、L q 是d -q 轴上的电感，Ψd 、Ψq 是d -q 轴上的磁链，Ψm 是永磁体的主磁链，ω是转子角频率。
转矩表达式如下：
T e ＝(3P/2)(ψd i q -ψq i d )＝(3P/2)[ψm i q - (L q -L d )i d i q ]
其中，P 是电机极对数。
矢量控制就是要控制i d ＝0，并控制i q 产生要求的转矩，以使永磁同步电机就具有最快的动态响应，并工作在效率最高的状态。
永磁同步电机所产生的转矩和负载转矩之间的
关系用运动方程表示，有：
L 22e T dt d B dt
d J T +θ
+θ=
其中，T e 是电机产生的转矩，J 是惯量，θ是转子角位置，B 是摩擦系数，T L 是负载转矩。
3 伺服系统控制原理及设计
3.1 系统结构
永磁同步电机伺服控制原理如图2。
永磁同步电机伺服控制器内环采用矢量控制的电流环，外环是速度和位置环。
这种三环结构通过矢量控制实现了快速转矩响应，通过位置控制器实现位置高精度控制，通过位置和速度的混合控制实现快速跟踪。
收稿日期：2004-11-03；修回日期：2005-01-10 作者简介：廖富全（1976-），男，四川人，1999年毕业于北京理工大学，从事电力电子及自动控制研究。
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的初始位置设在该区域的中间位置。
即使有30°的偏差，电机仍然能产生足够的转矩起动电机运转。
一旦电机开始转动，转子位置就能很容易进行校正，校正后的位置就很精确。
(0) (60) (120) (180)(电气角)
图3 霍尔传感器输出信号组合
表1 对应不同的转子位置霍尔传感器输出信号组合
光电编码器
图4 基于TMS320F2812的伺服系统结构
4 结论
基于TMS320F2812的伺服系统，通过矢量控制、电流调节、速度和位置调节及永磁同步电机的初始位置检测，实现了系统的三闭环控制。
参考文献：
[1] 郭庆鼎, 王成元. 交流伺服系统[M]. 北京: 机械工业出
版社, 1994.
[2] D W Novotny, T A Lipo. Vector Control and Dynamics of
AC Drives [M]. Oxford University Press, 1997.
[3] TMS320F28x DSP Peripherals Reference Guide [Z]. Texas
Instruments, 2003.
************************************************************************************************************ （上接第83页） 表2 超声波测距系统三组测量值与实际值 单位：cm
实际值 测量值1 测量值2测量值3实际值测量值1测量值2测量值3 45 44.76 44.77 45.09 200 199.89 200.08 200.12 60 60.47 60.53 60.80 225 224.71 224.89 225.01 75 74.86 75.02 75.13 250 250.21 250.57 250.72 100 100.17 100.34 100.71 275 275.21 275.34 275.58 125 125.20 125.21 125.35 300 299.96 300.09 300.34 150 149.85 150.12 150.20 325 324.78 324.98 325.21 175 174.63 174.93 175.11 350 349.82 350.53 350.57
矩阵，n 是拟合曲线方程的阶次。
由计算得：a 0＝-0.1524，a 1＝0.9999。
所以拟合曲线为：y ＝-0.1524+0.9999x ，式中，x 为测量值，y 为实际值。
由Matlab 命令regress( )对拟合曲线方程做F 检验法回归分析，结果表明回归方程的线性回归效果显著。
曲线拟合图如图4。
5 结论
试验结果表明，以嵌入式系统SPT -K 控制器为核心的超声波测距系统，具有较高的测量精度、运行可靠性和工程实用价值。
参考文献：
测量均值(cm)
实际值(c m )
图4 曲线拟合图
[1] 潘宗预, 等. 超声波测距精度的探讨[J]. 湖南大学学报,
2002, (S2).
[2] 雷建龙. 基于单片机的超声波液位测量仪[J]. 仪表技术
与传感器. 2004, (6): 8-9.
[3] Figneroa J F, Lam Ancusa J S. A Method for Accurate
Detection of Time of Arrival: Analysis and Design of an Ultrasonic Ranging System [J]. J. Acoust. Soc. AM, 1992, 91 (1): 486-494.。