交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计
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第六章 总结与展望 ...................................................................................39
IIILeabharlann Baidu
参考文献.......................................................................................................40
由于知识和能力的限制，本次课题只对直线电机做一些理论研究。
关键词：永磁同步直线电机 DSP SVPWM 矢量控制
I
Abstract
Line motors are playing a more and more important role in all kinds of trade, especially in machine tool feed system. We carry out our study in motor , software and hardware servo system based on flat AC permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM).
建立交流永磁同步直线电机的数学模型，在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策
略，选择了矢量控制方法。确定id = 0 的矢量控制实现形式。通过 SVPWM 方法进行脉宽调
制，合成三相正弦波。选用 TI 公司 2000 系列最新 DSP TMS320F2812，深入研究了以上算法 在 DSP 中的实现形式。采用了 C 语言和汇编语言混合编程的实现方法。在功率放大装置中， 以智能功率模块 IPM 为核心，设计了功率伺服驱动系统。还包括电流采样、光电隔离、过 压欠压保护和电源模块等。
IV
第一章 绪 论
1.1 研究背景和意义
高速化、精密化和模块化是现代制造技术的发展方向。进入 90 年代以来，高速加工迅 速发展，在高速加工中心中，高速电主轴和快速进给伺服系统是其中两项关键技术，其中 对进给伺服系统提出新的要求[1]：1）进给系统必须与高速主轴相匹配，速度达到 60m/min 或更高；2）加速度要大，这样才能在最短的时间和行程内达到要求的高速度，至少要 1～2 ｇ；3）动态性能要好，能实现快速的伺服控制和误差补偿，具有较高的定位精度和刚度。
第一章 绪 论...............................................................................................I
1.1 研究背景和意义 ......................................................................................................................... 1 1.2 直线电机的运行原理及特点...................................................................................................... 2
第二章 永磁永磁直线同步电机基本结构 ................................................11
2.1 实验用交流永磁同步电机基本结构........................................................ 错误！未定义书签。 2.2 初级结构设计 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3 次级结构设计 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
第四章 全数字交流伺服控制单元的硬件结构及其设计.........................14
4.1 引言 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 控制系统硬件结构 .................................................................................................................... 15
第五章 伺服系统的软件设计....................................................................33
5.1 主程序结构 ................................................................................................................................ 33 5.2 主中断程序 ................................................................................................................................ 34
First introduce the design method of armature ,core of al and magnet which can minish the thrust ripples, then introduce the means of assembly base on high thrust permanent magnet synchronous motors.
II
目录
摘要 中文.....................................................................................................I
英文...............................................................................................................................II
1.2.1 直线电机的基本运行原理 ……………………………………………………...2 1.2.2 直线电机进给系统优缺点分析 ………………………………………………...3 1.3 直线电机发展历史及其伺服控制系统的研究综述.................................................................. 4 1.3.1 国内外直线电机历史、现状及发展 …………………………………………...4 1.3.2 直线电机伺服控制系统的研究综述 …………………………………………...7 1.3.3 试验研究 …………………………………………………………………….10 1.4 本文主要研究内容 ................................................................................................................... 10
4.2.1 DSP 芯片的选择 ………………………………………………………………14 6
4.2.2 功率驱动单元的设计与选型…………………………………………………… 错 误！未定义书签。.28
4.2.3 磁极霍尔元件 ................................................................................. 错误！未定义书签。1
As a result of the knowledge and ability limit, this topic only does a fundamental
research to the linear motor. Key words: permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM), DSP, SVPWM, vector control
摘要
直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用，特别是在机床进给驱动系统中。本 文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象，从电机机体到伺服驱动系统的软、硬件设 计作了深入研究。
本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组、铝芯和定子磁钢的 设计和改进方法，较大程度上减小了推力波动，并且结合大推力直线电机的特点设计了方 便有效的装配过程。
To ensure the accuracy to a high requirements and get a wide speed range, we choose the dsp of Texas Instruments named TMS320F2812 which is the core of the servo system .In the paper we set up mathematical model of PMSLM, then analyse the current control strategies and choose the vector control method which is realized
2.4 电机的装配 …………………………………………………………………… 错 误！未定义书签。4
第三章 交流永磁直线同步电机的数学模型和控制算法研究错误！未定义书签。4
3.1 交流永磁直线同步电机的控制策略的选择........................................................................... 264 3.2 交流永磁直线同步电机的数学模型....................................................... 错误！未定义书签。5 3.3 交流永磁直线同步电机的矢量控制....................................................... 错误！未定义书签。7 3.4 脉宽调制技术 .......................................................................................... 错误！未定义书签。1
by the method of id = 0 .The three phase sine wave is compounded by space
voltage pulse width modulation(SVPWM).The arithmetic realized by C language and assembly language in DSP. Intelligent Power Model (IPM) is the core of the power amplification circuit system which also contains current sampling circuit, photoelectricisolation circuits, overvoltage protection circuits, undervoltage protection circuits and power supply.
IIILeabharlann Baidu
参考文献.......................................................................................................40
由于知识和能力的限制，本次课题只对直线电机做一些理论研究。
关键词：永磁同步直线电机 DSP SVPWM 矢量控制
I
Abstract
Line motors are playing a more and more important role in all kinds of trade, especially in machine tool feed system. We carry out our study in motor , software and hardware servo system based on flat AC permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM).
建立交流永磁同步直线电机的数学模型，在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策
略，选择了矢量控制方法。确定id = 0 的矢量控制实现形式。通过 SVPWM 方法进行脉宽调
制，合成三相正弦波。选用 TI 公司 2000 系列最新 DSP TMS320F2812，深入研究了以上算法 在 DSP 中的实现形式。采用了 C 语言和汇编语言混合编程的实现方法。在功率放大装置中， 以智能功率模块 IPM 为核心，设计了功率伺服驱动系统。还包括电流采样、光电隔离、过 压欠压保护和电源模块等。
IV
第一章 绪 论
1.1 研究背景和意义
高速化、精密化和模块化是现代制造技术的发展方向。进入 90 年代以来，高速加工迅 速发展，在高速加工中心中，高速电主轴和快速进给伺服系统是其中两项关键技术，其中 对进给伺服系统提出新的要求[1]：1）进给系统必须与高速主轴相匹配，速度达到 60m/min 或更高；2）加速度要大，这样才能在最短的时间和行程内达到要求的高速度，至少要 1～2 ｇ；3）动态性能要好，能实现快速的伺服控制和误差补偿，具有较高的定位精度和刚度。
第一章 绪 论...............................................................................................I
1.1 研究背景和意义 ......................................................................................................................... 1 1.2 直线电机的运行原理及特点...................................................................................................... 2
第二章 永磁永磁直线同步电机基本结构 ................................................11
2.1 实验用交流永磁同步电机基本结构........................................................ 错误！未定义书签。 2.2 初级结构设计 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3 次级结构设计 ........................................................................................... 错误！未定义书签。
第四章 全数字交流伺服控制单元的硬件结构及其设计.........................14
4.1 引言 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 控制系统硬件结构 .................................................................................................................... 15
第五章 伺服系统的软件设计....................................................................33
5.1 主程序结构 ................................................................................................................................ 33 5.2 主中断程序 ................................................................................................................................ 34
First introduce the design method of armature ,core of al and magnet which can minish the thrust ripples, then introduce the means of assembly base on high thrust permanent magnet synchronous motors.
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目录
摘要 中文.....................................................................................................I
英文...............................................................................................................................II
1.2.1 直线电机的基本运行原理 ……………………………………………………...2 1.2.2 直线电机进给系统优缺点分析 ………………………………………………...3 1.3 直线电机发展历史及其伺服控制系统的研究综述.................................................................. 4 1.3.1 国内外直线电机历史、现状及发展 …………………………………………...4 1.3.2 直线电机伺服控制系统的研究综述 …………………………………………...7 1.3.3 试验研究 …………………………………………………………………….10 1.4 本文主要研究内容 ................................................................................................................... 10
4.2.1 DSP 芯片的选择 ………………………………………………………………14 6
4.2.2 功率驱动单元的设计与选型…………………………………………………… 错 误！未定义书签。.28
4.2.3 磁极霍尔元件 ................................................................................. 错误！未定义书签。1
As a result of the knowledge and ability limit, this topic only does a fundamental
research to the linear motor. Key words: permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM), DSP, SVPWM, vector control
摘要
直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用，特别是在机床进给驱动系统中。本 文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象，从电机机体到伺服驱动系统的软、硬件设 计作了深入研究。
本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组、铝芯和定子磁钢的 设计和改进方法，较大程度上减小了推力波动，并且结合大推力直线电机的特点设计了方 便有效的装配过程。
To ensure the accuracy to a high requirements and get a wide speed range, we choose the dsp of Texas Instruments named TMS320F2812 which is the core of the servo system .In the paper we set up mathematical model of PMSLM, then analyse the current control strategies and choose the vector control method which is realized
2.4 电机的装配 …………………………………………………………………… 错 误！未定义书签。4
第三章 交流永磁直线同步电机的数学模型和控制算法研究错误！未定义书签。4
3.1 交流永磁直线同步电机的控制策略的选择........................................................................... 264 3.2 交流永磁直线同步电机的数学模型....................................................... 错误！未定义书签。5 3.3 交流永磁直线同步电机的矢量控制....................................................... 错误！未定义书签。7 3.4 脉宽调制技术 .......................................................................................... 错误！未定义书签。1
by the method of id = 0 .The three phase sine wave is compounded by space
voltage pulse width modulation(SVPWM).The arithmetic realized by C language and assembly language in DSP. Intelligent Power Model (IPM) is the core of the power amplification circuit system which also contains current sampling circuit, photoelectricisolation circuits, overvoltage protection circuits, undervoltage protection circuits and power supply.