基于DSP永磁同步电机控制毕业设计论文

1、华北科技学院毕业设计毕业设计基于DSP的永磁同步电机控制设计总说明3Abstract41. 绪论51.1 交流调速概述51.2 相关领域发展51.2.1 功率器件发展51.2.2 变频技术发展61.2.3 电机制造技术和交流调速理论的发展61.2.4 控制理论发展71.2.5 微处理器发展81.3 国内外研究动态和发展方向81.4 本文研究的主要内容92永磁同步电机结构及控制原理92.1永磁同步电机控制理论的发展92.2永磁交流伺服控制系统92.3永磁同步电机的矢量控制原理102.3.1永磁同步电机的内部结构和种类102.3.2 永磁同步电机的控制策略102.3.3永磁同步电机数学模型的建立112.4 SVPWM基本原理182.4.1 空间矢量的定义182.4.2电压与磁链空间矢量的关系182.4.3 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场202.4.4 T1，T2，T0的计算232.5电机的位置检测原理242.6光耦隔离电路的原理272.7逆变器原理29第三章 硬件电路设计343.1 系统硬件总体设计343.2 主控芯片DSP2812的基本特征353.3 DSP外设介绍353.4主电

2、路模块设计413.4. 1 整流滤波电路的设计413.4.2 逆变电路的设计423.4.3 测速电路的设计433.4.4通信接口电路设计44图3-2 SCI接口电路图443.4.5最小系统电路453.5 LED显示电路45光耦隔离电路462. 第五章软件设计475.1 DSP开发软件的安装与应用47总结与致谢56参考文献57第 53 页 共 66 页基于DSP的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的迅速发展,在交流调速技术中,变频调速以其优异的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的发展方向,现阶段运用计算机电子技术的最新发展成果将成熟的电机控制理论应用并构建成完整的系统已经是该领域内研究的一个热点。在交流伺服系统中，由于电机本身具有的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的控制效果。本文中采用TI公司的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的强耦合特性；适时地控制电机的转矩、速度和位置状态；并且不用过大体积的能量变换装置即可随意地控制瞬态电

3、流的幅值；当采用正弦波电流驱动时，可以完全消除转矩的波动。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，位置环的算法实现及其控制。由于TMS230F2812的高集成、高性能的特点，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的传感器、光电隔离电路、电源电路等组成。首先，传感器将检测到的定子相电流信号和转速信号送入DSP的ADC和QEP，DSP对检测的信号进行相应的运算处理后产生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的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的模型并以TI公司的电机控制专用DSP 芯片TMS320F2812 为核心设计开发了一套针对永磁同步电机的变频调速数字化控制系统。详细介绍了DSP开发软件CCS3.3的安装与应用，DSP 2812芯片结构特点，电机的空间矢量控制理论以及PWM逆变技术。给出了系统的硬件总体方案和主要模块的设计，包括主控制电路以及一些器件模块的选取，采用空间电压矢量S

4、VPWM调制方式并给出了基于DSP 芯片的软件编程。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 t

5、echnology 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 281

6、2 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

7、统中，电动机负荷约占总发电量的60%70%。电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，不仅要具有较高的机电能量转换效率，而且应能根据生产机械的工艺要求，控制和调节旋转速度。调速系统是伺服系统的重要组成部分，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的影响，因此，调速系统一直是传动领域的一个研究热点。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的一个有机整体，各部分之间的不同组合，构成多种多样的调速系统。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。但直流电动机的固有缺点，限制了其向高转速、高电压、大容量方向的发展。 近年来，随着大功率开关器件、模拟和数字专用集成电路的不断问世，控制理论的不断进步，以及高性能微处理器的出现，为交流调速技术的发展创造了极为有利的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的生产呈下降趋势，而交流变频调速装置的生产大幅度上升。目前已形成直流电动机、异步电动机、永磁同步

8、电动机为执行机构的三大类调速系统。20世纪80年代以来，随着价格低廉、性能优越永磁材料的出现，永磁同步电机的研究和应用得到了空前的发展。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，因此广泛的应用于数控机床、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的成熟和完善，永磁同步电机的应用领域也越来越广泛：从小型到大型、从一般的控制驱动到高精度的伺服系统、从日常电器到各种高精尖的科技领域均采用永磁电机作为主要的驱动电机。 1.2 相关领域发展 永磁同步电机的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、理论的发展与综合。 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的桥梁。交流调速系统中，功率主回路中的电力半导体是现代电力电子设备的心脏和灵魂，电力半导体器件的发展为交流调速系统的完善奠定了基础。其发展主要经历了三个阶段：50年代出现的半控型器件，由其构成的逆变器用于交流调速系统必须附加强迫换向电路；70年

9、代以后出现的本身兼有开通和关断功能的全控型高速器件和复合型器件；80年代以后出现的智能功率模块（IPM）是微电子技术和电力电子技术相结合的产物，它不但能提供一定的功率输出，而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护、自诊断等功能，是功率器件的重要发展方向。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的电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，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的是由不控整流和全控型功率开关器件组成的脉宽调制逆变器构成的变压变频器。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 是针对形成旋转的圆形磁场提出的，所以比较适合于电机调速的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的发展 作为传动系统执行部件的电机，要求具有体积小、重量轻、输出力矩大、低转动惯量、优良的起制动性能、宽的调速范围、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、大容量的方向发展。交流电机克服了上述直流电机调速系统的缺点，因而逐渐取代直流电机，成为调速和伺服系统的主要执行部件。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

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