张丹[1]2017年在《基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法研究》文中研究说明为实现机械相控阵列天线的波束扫描,需要通过机械转动天线单元达到预定的辐射相位,使用电机等驱动设备与天线单元相连,通过转动电机实现天线单元的转动,从而实现辐射单元辐射相位的控制。电机伺服控制系统是机械相控阵列天线的重要组成部分,它的性能直接影响天线单元的移相速度和定位精度,进而影响机械相控阵列天线的性能。交流永磁同步电机具有功率密度高、效率高、体积小、惯性低、响应快等特点,它能够满足天线单元相位控制的响应速度快、定位精度高等要求,因此可以采用交流永磁同步电机驱动天线单元转动实现辐射相位的控制。为满足某机械相控阵列天线的需求,本文对交流永磁同步电机的伺服控制算法进行研究。由于交流永磁同步电机是强耦合、时变的非线性系统,本文引入矢量控制方法实现交流永磁同步电机的解耦控制,构建了永磁同步电机的位置伺服控制系统。为了实现快速精确的相位控制,优化了传统叁闭环PID控制算法来提高控制系统的控制性能。为实现永磁同步电机的快速、精确伺服控制,对永磁同步电机的控制原理进行了研究和探讨。首先,论述了永磁同步电机伺服控制系统的研究现状和发展前景;然后,深入分析了永磁同步电机的矢量控制原理和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,并确定了Id=0的电流控制策略;之后,在理论上设计了永磁同步电机的位置伺服控制算法,在叁闭环PID控制算法的基础上,引用微分负反馈控制和前馈控制来优化控制系统的控制性能。为了验证理论分析的有效性,基于Matlab/Simulink平台搭建了位置伺服控制系统,并仿真分析了传统叁闭环控制算法与引入微分负反馈与前馈优化控制算法的位置伺服控制性能。仿真结果验证了同时引入前馈和微分负反馈优化的控制算法具有更好的跟踪性能,在轻载条件下位置超调更小。本论文以TMS320F2812 DSP为控制核心芯片,在CCS开发平台上完成了永磁同步电机位置伺服控制算法的软件设计,搭建了实验平台,通过对电机电流、转速和位置等实验曲线的观测分析,比较了传统叁闭环控制算法与引用微分负反馈的控制算法的位置伺服控制性能,实验结果验证了微分负反馈优化控制算法的优势。
梁学修[2]2017年在《工业机械臂交流伺服控制系统关键技术研究》文中指出交流伺服控制系统在现代工业自动化运动控制领域具有无可代替的地位,工业应用主要包括机器人、高精度数控机床和其他高精度运动控制机械。尤其在机器人领域,交流伺服系统得到了大量的应用,工业机器人是拥有多自由度的工业机械臂的集合体,每个运动关节至少需要一套交流伺服系统,由于机器人应用场合对伺服系统通讯的实时性及同步性、系统可靠性及精度提出了更高的要求,以及我国机器人专用交流伺服系统起步晚,应用经验少等原因,工业机械臂交流伺服系统的大部分市场被国外品牌所占领。本文针对工业机械臂交流伺服系统的关键技术进行深入研究,通过对工业机械臂专用伺服控制系统的应用特点的分析,在交流伺服系统转矩观测器、在线参数变数、通信总线及伺服系统全数字化设计等方面做了大量的理论分析和试验研究,并研发了基于EtherCAT总线通信的高性能全数字化工业机械臂双轴交流伺服控制系统。本文的主要研究内容包括:(1)提出了空间矢量脉宽调制矢量控制算法在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)中的实现方法。在对交流永磁同步电机(PMSM)的数学模型进行分析的基础上,对交流伺服电机坐标变换原理及基本思路进行了详细的阐述,并对交流伺服系统中的应用最为广泛的电压空间矢量脉宽调制技术(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)原理进行了论述,完成了基于FPGA的SVPWM矢量控制算法的研究及实现。(2)设计了交流伺服控制系统的叁闭环数学模型。根据现代控制理论分析了交流伺服控制系统各环节的传递函数,为文中负载转矩观测器及基于辨识结果参数自整定的实现提供理论依据,并依此建立了交流伺服控制系统电流环、速度环和位置环叁闭环串级控制结构中各环路的数学模型,讨论分析了电流、速度和位置控制调节器的设计方法,并且通过仿真试验对控制器设计的正确性进行了验证,为后文中为进一步提高系统性能研究提供基础。(3)提出了基于李雅普诺夫Lyapunov原理负载转矩观测器的设计方法以及基于负载转矩辨识结果速度环参数在线优化设计方法。由于工业机械臂在不同的应用场合中负载转矩不同,会影响交流伺服系统的控制性能,为了提高系统的可靠性,利用永磁同步电机定子转轴电流和转速方程构建的电机机械运动动力学方程,设计了基于Lyapunov负载转矩观测器,并根据观测器估计结果对速度环控制器进行再设计,实现了速度环参数在线优化。通过仿真和台架试验证明,系统速度的跟踪性能和转矩响应能力得到了有效提高,改善了伺服系统的动态性能,增强了交流伺服控制系统的鲁棒性。(4)提出了低成本EtherCAT从站小型化、模块化、快速化设计方法。根据工业机械臂伺服控制系统对通讯实时性和可靠性的要求,采用基于FPGA IP核实现的EtherCAT总线通讯技术,使数据链路层和应用层在FPGA内高度集成,从而实现了单片FPGA代替EtherCAT从站控制芯片(ESC)和从站微处理器芯片(从站协议栈)的功能,完成了 EtherCAT模块化、易移植性、小型化的设计。并对通讯过程中的传输延时进行了理论分析计算,结合板级对基于FPGA设计的EtherCAT总线接口进行了同步性和实时性验证试验,结果表明此设计方案有效,满足工业机械臂交流伺服系统对总线通讯功能的要求。(5)研制了基于EtherCAT总线通信的高性能全数字化工业机械臂双轴交流伺服控制系统。完成了工业机械臂交流伺服控制系统的数字化设计;搭建了主电路、检测保护电路等数字化交流伺服系统硬件平台,开发了交流伺服系统软件,研制了基于DSP+FPGA架构为控制器的交流伺服电机矢量控制系统。(6)试验和仿真。对研制的工业机械臂交流伺服系统进行了仿真及试验测试,结果表明:该系统支持叁相380V±15%,电流环、速度环、位置环控制周期为62.5us;工业机械臂末端速度为0.2m/s时,其位置稳定时间为0.026ms,位置超调量为0.111mm;1m/s时,其位置稳定时间为0.09ms,位置超调量为0.123mm,符合工业机械臂对伺服控制系统的要求,具有较好的鲁棒性与实用性。
沈杰[3]2007年在《基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的研究》文中认为当前，交流传动已经成为主要的传动方式，永磁同步电机由于其优越的控制性能被越来越多地应用到交流伺服控制领域。因此，研究基于DSP的永磁同步电机交流伺服系统，具有重要的现实意义。本文首先介绍了永磁同步电机伺服系统的发展概况，然后对永磁同步电机的数学模型、工作原理以及矢量控制在永磁同步电机上的应用进行了说明。分析了永磁同步电机矢量控制的原理和特点，选取了采用基于i_d=0转子磁场定向的方案，确立了基于矢量控制PMSM叁闭环调节的伺服控制系统的实施方案。文中给出了伺服系统的设计及伺服控制中的一些控制策略，并进行了仿真验证，验证了整个系统设计的正确性。在理论和仿真分析的基础上，本文完成了整个伺服系统的软硬件设计。
吕健[4]2008年在《基于DSP的全数字永磁同步电机伺服系统研究》文中认为伺服驱动技术经过了直流伺服装置、直流无刷伺服装置和交流永磁同步伺服驱动装置叁个阶段。随着现代制造业规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求,交流永磁同步伺服驱动装置具有高响应、免维护(无炭刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点。它采用微处理技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺和具有较好的性能价格比,不仅在数控机床,机器人,航空航天等领域具有广阔的前景和实用价值,而且正日益进军纺织业,成为未来工业缝纫机实现机电一体化,数字化的重要技术手段之一。本文针对数字化永磁同步电机伺服系统展开研究,全文主要分为四大部分,其主要内容如下:一、建立永磁同步电机伺服控制系统的总体架构,分析了电机的结构及数学模型,阐述了空间矢量脉宽调制(简称SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制。二、永磁同步电机伺服系统硬件平台的设计,系统以TI公司的高性能控制芯片TMS320LF2407A为控制核心,以IR公司的功率驱动器IR2136和6只IRGB440U组成了高耐压值、较好稳定性的功率变换和驱动电路。应用增量式光电编码器实现转子位置精确定位,并得到速度反馈值;应用霍尔电流传感器实现电流反馈。系统集成度高,方便实现数字化控制。叁、永磁同步电机伺服系统软件平台设计,将整个软件系统进行了模块化设计,这样有利于对整个软件系统进行组织与管理;重点阐述了SVPWM(空间矢量)算法的实现方案;设计了电流环和速度环的全数字PI调节器,给出了速度和位置反馈的计算方法。四、在系统软硬件基础上,对伺服系统进行实验调试,实验调试包括对伺服系统进行Matlab/Simulink的建模仿真和实际设计的系统调试两部分,给出仿真和实验波形,对实验结果及在实验过程中出现的问题进行了对比分析和讨论,并给出了解决方案。最后本文总结了整个系统的开发工作,提出了系统需要继续完善的地方,作为后续研究工作的参考。
陈福龙[5]2006年在《基于DSP的永磁同步电动机伺服控制系统研究》文中认为永磁同步电机交流伺服系统是由永磁同步电机、现代电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流伺服系统,因其良好的运行性能成为当代电气传动界研究的热点之一。同时,随着功率电子器件和微处理器的进步,伺服系统也逐步向全数字化方向发展,全数字化系统具有可靠性高、实现新控制策略容易、功能丰富等优点。本论文以上海宝钢集团公司委托开发的“带钢表面检测离线试验台研制”项目为背景,在以全数字化电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407为控制核心的基础上,以永磁同步电机为研究对象,对其控制器进行了研究和开发。论文首先介绍了伺服系统的发展历程、现状和趋势,分析了永磁同步电机的数学模型,研究了永磁同步电机的矢量控制方法和空间矢量脉宽调制原理,接着讨论了位置环、速度环和电流环的控制方法,针对项目要求设计了PI位置控制器、PI速度器和PI电流控制器,组建了全数字化永磁同步电机交流伺服控制系统,设计DSP控制器,开发了相应的软件,并对控制系统硬件和软件各部分的结构和功能作了详细的阐述。特别地,本文结合实际系统中使用的混合式光电编码器,介绍了两种转子初始位置角的检测方法,并详细分析了基于DSP的M/T测速算法的实现及不足,在此基础上提出了一种软件锁相环测速算法。最后,根据实际系统,本文对控制永磁同步电机做了相关实验,记录并分析了系统运行时的电机位置和电流波形。实验结果表明,基于DSP实现的全数字化交流伺服系统具有响应速度快、速度超调小、转矩脉动小、调速范围宽、易于升级、体积小等特点,具有良好的动静态特性以及较高的精度。最终,该系统安装在“带钢表面检测离线试验台”上,在现场调试和运行获得成功。
王中[6]2006年在《基于DSP和FPGA的高精度交流伺服系统研究》文中进行了进一步梳理随着航天科技的发展,卫星通讯显得越来越重要。要实现卫星的数据传输,天线需要对目标进行精确的定位与跟踪。由于距离遥远,相对移动速度低,要求卫星天线伺服驱动系统能对目标进行高精度超低速的伺服跟踪。本文在总结国内外有关文献的基础上,开展了对卫星天线伺服驱动系统的理论研究和应用实践,研究内容主要有下面四个部分。第一部分介绍了交流伺服系统和永磁同步电机的基本理论。第一章介绍了交流伺服系统的组成、发展历史、现状和发展方向;第二章推导了永磁同步电机的数学模型,总结了其矢量控制的基本原理。第二部分对线性放大电路做了详细的分析。第叁章总结了线性放大电路的组成和基本类型,重点分析了其功耗和效率,并和其他类型的电路进行了比较。第叁部分研究了伺服控制系统的相关内容。第四章对控制系统的组成和基本特性进行了分析。介绍了卫星天线伺服系统的控制策略,建立MATLAB下的系统仿真模型,对系统的稳态和动态特性进行了仿真;分析了其位置和速度检测方法及误差来源;分析了伺服系统的控制环路;介绍了速度环参数的整定方法及其对控制系统的影响;总结了影响转速特性的因素。第四部分详细介绍了两种以不同控制芯片为核心构成的卫星天线伺服系统。一种是基于DSP的控制系统;另一种是基于FPGA的控制系统。第五章介绍了DSP芯片的基本原理及DSP控制系统硬件设计;第六章介绍了DSP控制系统的软件设计;第七章介绍了FPGA控制系统的结构、硬件和模块设计并对这两种控制方案进行了比较;第八章给出了基于DSP控制系统的试验结果和分析。最后对全文进行总结。
李泽明[7]2016年在《基于DSP的卷取机负载模拟系统的研究与设计》文中研究表明随着科学技术的发展,工业化水平的提高,先进设备的研发和创新指标也越来越高,对理论层次的研究也更加深入。我国钢铁行业、造纸行业、包装业等都在快速发展,多数行业都有许多复杂的大功率的负载,为了提高工作效率,控制精度等就需要对这些负载进行研究。本文以卷取机负载为例进行了研究,开发了一套基于DSP的卷取机负载模拟系统平台,为科研单位及高校研究卷取机负载提供了极大的便利,该模拟系统平台避免了人力、物力、财力的浪费,并且使得数据获取更加准确,负载模拟系统对科研人员的进一步研究具有重要意义。本文设计的负载模拟系统主要是针对卷取机负载的研究与开发,是以DSP芯片为核心设计控制系统和以伺服电机作为执行电机,变频器和运动控制器作为恒功率控制系统,同步电机主动加载直流电机,保证直流回路电流曲线按照实际卷取机工作规律变化。本文首先给出了某钢厂实地调研的数据,简单分析了卷取机的控制过程,对现场采集的数据进行了分析,并建立了卷取机负载恒功率卷取过程的数学模型。其次,本文给出了整个卷取机模拟负载系统的组成,包括恒张力卷取控制系统、交流伺服系统、基于DSP的模拟卷取负载控制系统的建立以及系统的工作原理;为了快速搭建起整体系统对整体系统的电气部分进行了研究设计。再次,本文给出了基于DSP的控制板的设计过程,包括控制板的供电模块、基准采样模块、RAM电路模块、时钟和复位模块、串口通信模块、输入输出模块、信号调理模块、保护电路模块,对台达ASDA-A2伺服驱动系统的叁种控制模式进行了分析。再次,对模拟卷取负载控制系统进行了软件设计,包括主程序和串口数据通信、ADC采样程序、PI调节器的设计等,对算法工作过程做了流程图分析;将台达伺服系统和DSP控制板之间的通信方式和通信协议进行了设置;为了更加准确搭建仿真平台,对伺服控制系统的参数进行了整定,然后设计卷取机负载模拟仿真系统,并得到了良好的仿真效果。最后,通过对卷取机负载模拟系统平台进行模块化测试和仿真,得出了测试和仿真结果,总结得出本文设计的卷取机负载模拟系统平台良好,达到了预期效果,为卷取机负载进一步科研建立了良好基础。
丁传东[8]2008年在《模糊滑模控制技术在交流永磁电机中的应用》文中研究指明本文研究的是基于DSP的永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的控制方法,首先介绍了永磁同步电动机的特性和当前的控制方法,在参考当前国内外研究文献的基础上,研究了滑模变结构控制、模糊控制及结合二者优势深入研究了模糊滑模变结构控制在交流伺服系统PMSM的应用。通过MATLAB软件的仿真试验分析了滑模变结构控制存在的缺陷即抖振带来的危害,指数趋近率可以有效地减弱抖振带来的不良影响,但不是消除抖振的控制策略;因此,在此基础上,分析了模糊控制的优点,应用于现代交流调速中,它可以不完全依赖于PMSM的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响等;在不影响滑模变结构控制的优势即具有快速响应、对参数变化和扰动不灵敏、无需系统在线辨识、实现简单等;通过专家经验知识消除抖振,从而达到彻底解决抖振带来的危害。由于二者对控制对象的参数变化和扰动都具有较强的鲁棒性,因此二者相结合的方法应用于交流电机调速系统中具有广阔的前景。尤其是应用这些特点可以很好地针对交流电机多输入、多输出、非线性、强耦合的时变系统,解决传统控制方法不能解决的问题。以上所有的这些控制都是建立在计算机高速发展的当今时代,数字信号处理器(DSP)是微电子、数字信号处理和计算机技术学科综合研究的成果。特别是伺服控制领域中,现代控制理论与全数字化控制技术相结合,成为高性能伺服控制系统发展的必由之路。DSP以其高速计算能力和特殊的硬件结构已经在许多应用系统中取代了工控机和单片机,成为控制系统的核心。本文参考了TI公司生产的TMS320C2000系列有关技术资料,选用TMS320LF2407A控制芯片设计硬件试验平台进行空间矢量控制技术的研究,它提供了一套针对C2XX的集成开发环境为CC的应用软件,在此集成环境下用C语言编写程序,程序包括初始化程序、主循环程序、磁场定向实时矢量控制的下溢中断子程序、电流电压采样ADC中断子程序,PID控制和模糊滑模控制程序,对这些程序进行试验调试,达到应用实际工程的目的。
刘凌云[9]2006年在《基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究》文中指出直线电机是一种将电能直接转换成直线运动,而不需要通过任何中间机构的新颖电机。它具有广阔的应用和发展前景。因此对直线电机及其位置伺服控制系统的研究,已成为当前各国研究的热点和前沿。本文主要针对基于DSP的交流永磁同步直线电机的伺服控制系统进行了研究。文中通过对永磁同步直线电机的内部结构和工作原理分析,建立了一种以电流空间矢量为基础的数学模型,并提出了采用位置、速度和电流叁闭环的全数字伺服控制系统的控制策略。通过对系统功能模块化,采用了以工控机加DSP为硬件结构核心的伺服控制系统方案。接着对控制系统方案的各个功能模块进行了具体的设计。在此基础上,本文通过对该控制方案优缺点的比较,以及对TI公司TMS320LF2407A DSP芯片内核的分析,提出了伺服控制系统的改进方案——基于双DSP的永磁同步直线电机的伺服控制系统,并对改进系统的各个功能模块进行了整合和划分。另外,介绍了与交流电机伺服控制系统相关的各种控制算法,包括常用的PID算法及其改进形式、数字滤波算法,以及PWM(脉宽调制)的几种调制方法。同时结合本文所研究的对象,给出了该系统在设计过程中所采用的控制算法。相关调试和实验结果表明,控制效果良好,达到所要求的各项性能指标。
朱孝勇[10]2002年在《基于DSP的全数字交流模糊位置伺服控制系统的研究》文中研究指明现代交流伺服系统中,永磁同步电机(简称PMSM),具有较高的运行效率,转动惯量小,转矩脉动小,可高速运行等特点,在诸如高性能机床进给,位置控制,工业机器人,航空航天等众多领域得到了广泛应用。以DSP为核心的全数字伺服系统,由于其具有控制灵活,智能化水平高,参数易修改,便于分布式控制等特点,已成为当今交流伺服系统发展的趋势和研究的重点。本文对基于DSP的位置伺服系统进行了研究和分析。为适应控制系统的高性能的控制要求,对永磁同步电机采用矢量控制,并对位置环采用了模糊控制的方法,建立了几种不同的位置模糊控制器,第一种是基于粗调模式和细调模式的双模控制模糊控制器,第二种是具有多个可调因子的自寻优模糊控制器。仿真结果表明,上述模糊控制器具有一定的抗干扰能力和自适应性。本文采用了美国TI公司的DSP(TMS320F240)EVM板作为主控制板,利用其优越的运算能力和方便的外围设备实现了永磁同步电机位置伺服系统模糊控制器的设计,通过实验,对不同的控制方法进行分析,提出了改进系统控制效果的方法。
参考文献：
[1]. 基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法研究[D]. 张丹. 西南交通大学. 2017
[2]. 工业机械臂交流伺服控制系统关键技术研究[D]. 梁学修. 中国农业机械化科学研究院. 2017
[3]. 基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的研究[D]. 沈杰. 合肥工业大学. 2007
[4]. 基于DSP的全数字永磁同步电机伺服系统研究[D]. 吕健. 广东工业大学. 2008
[5]. 基于DSP的永磁同步电动机伺服控制系统研究[D]. 陈福龙. 华中科技大学. 2006
[6]. 基于DSP和FPGA的高精度交流伺服系统研究[D]. 王中. 华中科技大学. 2006
[7]. 基于DSP的卷取机负载模拟系统的研究与设计[D]. 李泽明. 辽宁科技大学. 2016
[8]. 模糊滑模控制技术在交流永磁电机中的应用[D]. 丁传东. 西华大学. 2008
[9]. 基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究[D]. 刘凌云. 华中科技大学. 2006
[10]. 基于DSP的全数字交流模糊位置伺服控制系统的研究[D]. 朱孝勇. 江苏大学. 2002
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