谈述矢量基于DSP交流伺服系统设计和实现

摘要：伺服系统在家用电器和工业制约领域都有着广泛运用,它主要分为两大类：直流伺服系统和交流伺服系统。直流伺服系统以其优良的制约性能,曾在20世纪70年代得到广泛运用,然而近年来随着微电子技术、电力电子技术和永磁材料业的飞速进展,特别是先进制约论述和对策的进展及运用,使得交流伺服电机和交流伺服系统的制约性能已经完全可以与直流伺服系统匹配,所以交流伺服系统兴起,并逐渐取代了直流伺服系统的地位。在交流伺服系统行列中,由于现代永磁材料性能的不断提升和成本的不断下降,利用永磁体做转子的永磁同步电机得到广泛运用,交流永磁同步伺服系统也逐渐进展成为交流伺服系统的主流方向。论文介绍了交流伺服系统的探讨背景和相关知识,包括它的组成、制约方式、探讨近况和进展走势。在叙述几种常用坐标系的基础上建立了交流永磁同步电机在dq坐标系下数学模型,对数学模型进行探讨后提出了几种不同的矢量制约案例,经过详细比较浅析各种制约案例的优缺点,确立了id=0的制约对策并给出了实现框图。浅析了空间电压矢量脉宽调制技术SVPWM的相关原理和实现策略,SVPWM是本论文的核心部分之一。论文完成了以DSP为制约核心的交流伺服系统软硬件的详细设计。在硬件电路方面,对制约芯片做了简要介绍,然后对制约器电路、主功率电路和检测电路等每个子模块进行了详细的描述和设计,系统是典型的三闭环制约结构,采取光电编码器检测并反馈位置和速度信号实现位置环和速度环的闭环制约,采取霍尔传感器检测并反馈电流信号实现电流环的闭环制约；在软件设计方面,介绍了主程序框图,然后对包括PWM中断子程序、转子初始位置确定子程序、转速计算子程序、SVPWM生成子程序和PID制约器子程序在内的所有部分都做了详细的设计说明和给出了程序流程图,尤其对PID制约器算法做了抗积分饱和的改善。最后论文完成了PCB设计,并结合本系统的特点说明了PCB设计历程中的重点和难点；介绍了软件开发集成环境CCS以及函数库IQmath的功能和利用策略；给出了系统调试的步骤,并浅析了相电流和PWM的波形,浅析结果表明系统达到了设计要求。关键词：交流伺服系统论文永磁同步电机论文矢量制约论文空间电压矢量脉宽调制论文DSP论文

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第1章 绪论10-17

1.1 探讨背景与探讨作用10

1.2 交流伺服系统的组成与制约方式10-14

1.2.1 伺服系统的组成10-12

1.2.2 伺服系统的制约方式12-14

1.3 国内外探讨近况和进展走势14-15

1.4 本论文的主要探讨内容15-17

第2章 永磁同步电机的数学模型及其矢量制约技术17-33

2.1 三种坐标系及其坐标变换联系17-19

2.1.1 三种坐标系17

2.1.2 坐标变换17-19

2.2 矢量变换技术19

2.3 基于旋转坐标系的PM的数学模型19-20

2.4 矢量制约案例20-25

2.4.1 i_d=0制约21

2.4.2 最大电磁转矩/电流制约21-22

2.4.3 弱磁制约22-23

2.4.4 最大输出功率制约23-24

2.4.5 本论文采取的制约对策24-25

2.5 SVPWM技术25-32

2.5.1 磁矢量与电压矢量的对应联系25-26

2.5.2 三相电压的求取26-27

2.5.3 开关方式27

2.5.4 SVPWM的实现27-31

2.5.5 VouT所在扇区的确定31-32

2.6 本章小结32-33

第3章 伺服系统的硬件设计33-44

3.1 主控芯片介绍33

3.2 系统硬件整体结构33-43

3.2.1 制约电路34-36

3.2.2 主功率电路36-39

3.2.3 检测电路39-43

3.3 本章小结43-44

第4章 伺服系统的软件设计44-53

4.1 软件的总体结构44

4.2 系统初始化程序44-45

4.3 T1下溢中断程序设计45-46

4.4 位置的确定和转速计算46-48

4.4.1 位置的确定46-47

4.4.2 转速计算47-48

4.5 SVPWM的生成48-49

4.6 数字PID制约的实现49-52

4.7 本章小结52-53

第5章 调试与浅析53-59

5.1 PCB设计53-54

5.2 软件开发环境及函数库介绍54-55

5.2.1 软件开发环境CCS介绍54-55

5.2.2 IQmath函数库介绍55

5.3 调试历程及其浅析55-58

5.4 总结58-59

第6章 总结与展望59-61

6.1 总结59

6.2 展望59-61

致谢61-62