永磁直线同步电机伺服器的设计与研究自动化111张伟男

辽宁科技大学本科毕业设计（论文）第I页永磁直线同步电机的设计与研究摘要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型电机，具有广阔的应用和发展前景。所以，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。近年来，随着永磁材料性能的快速发展，永磁直线同步电机得到更广泛的应用。与普通的直线电机相比，具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点，极大地提高了进给系统的快速响应性和运动精度，已成为新一代超精密机床中最具有代表的技术。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。本文主要针对基于DSP的永磁直线同步电机的伺服控制系统进行研究，并给出系统设计的整体方案，设计硬件电路，完成软件部分的编写。文中先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，并在此基础上对转子磁链定向矢量控制、空间矢量PWM波形的产生、电流环、速度环、位置环等进行研究，设计整个系统的软硬件。在硬件方面，对系统功能模块化，使用的DSP芯片是TI公司的TMS320F2812芯片，并采用以TMS320F2812芯片为硬件结构的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。在软件方面，以CCS环境为软件平台，以汇编语言为主要编程语言，完成主程序、中断程序、电流检测程序、键盘程序等部分的编写，成功地实现了SVPWM的输出及其对永磁直线同步电机的伺服控制。关键词：永磁直线同步电机；矢量控制；SVPWM；TMS320F2812辽宁科技大学本科毕业设计（论文）第II页AbstractLinearmotorisanoveltymotorthatcanconvertelectricityenergyintolinearmovementwithoutanymediummachine.Ithaswideexpectedapplicationanddevelopmentprospect.Asaresult,theresearchinvolvedlinearmotoranditsservocontrolsystemhasbecamedaresearchfocus.Inrecentyears,Alongwiththefastdevelopmentofpermanentmagnetmaterials,permanentmagnetlinearsynchronousmotor（PMLSM）hasbeengetmoreextensiveapplication.responsetothechinandprecisionmovment，haveadvantagesinhighefficient，largeexportmoment，smallandeasytocontroladvnatages，hasgreatlyimprovedtherapidresponsesystemintomotionprecision.Ithasbeenanewgenerationofutlra-precisionmachinetools，mostofthetechnology.Permnaentmganetlinearsnyehronousmotorservosystemwillbethedevelopmentoftheelectricalcurrentandfutureapplicationsofalinearmotor.Inthispaper，theservocontrolsystemofapermanentmagnetlinearsynchronousmotor(PMSLM)basedonDSPisinvestigatedmostly,givetheoverallsystemdesignprogram,designahardwarecircuit,andthecompletionofthesoftwarepart.Firstofall,throughanalyzingitsinteriorconfigurationandmovementprinciple,amathematicalmodelofPMSLMisestablishedbasedonspacevectorofelectriccurrent，andonthebasisoftherotorfluxvectorcontrol,spacevectorPWMwavesofvelocityloop,currentloop,andpositionloop,etc.,atlastdesigningthehardwareandsoftwareofthesystem.Inthehardware,throughthesystemfunctionmodule,adoptedbyTIcompanyTMS320F2812chipsforhardwarestructureoftheservocontrolsystemisthecore,thenthecontrolsystemschemeofeachmoduleofthespecificdesign.Insoftware,withCCSforsoftwareplatform,mainlyinassemblylanguageprogramminglanguages,completedtheprogram,interruptprogram,currenttestprocedures,keyboardprogrametc,successfullyrealizedtheoutputandimplementingSVPWMcontrolofpermanentmagnetlinearsynchronousmotor.Keywords：PMLSM;VectorControl;SVPWM;TM320F2812辽宁科技大学本科毕业设计（论文）第III页目录摘要..............................................................................................................................IAbstract................................................................................................................................II第1章绪论.......................................................................................................................11.1课题的国内外现状..............................................................................................11.2课题的背景、意义..............................................................................................31.2.1课题的背景...............................................................................................31.2.2课题的意义...............................................................................................3第2章永磁直线同步电机的基本结构及原理...............................................................52.1直线电机概述......................................................................................................52.1.1直线电机的基本结构...............................................................................52.1.2直线电机的分类及特点...........................................................................62.2永磁直线同步电机的基本结构及原理..............................................................82.2.1永磁直线同步电机的基本结构...............................................................82.2.2永磁直线同步电机的原理.......................................................................8第3章永磁直线同步电机的数学模型及矢量控制.....................................................103.1永磁直线同步电机的数学模型........................................................................103.2永磁直线电机的坐标变换................................................................................133.3PWM（脉宽调制）控制技术............................................................................143.3.1PWM技术概述........................................................................................143.3.2空间电压矢量(SVPWM)控制技术........................................................153.4永磁直线同步电机矢量控制策略分析............................................................18第4章永磁直线同步电机伺服系统的硬件设计.........................................................214.1系统硬件总体结构............................................................................................214.2系统主功率回路电路的设计............................................................................224.2.1交－直部分电路.....................................................................................234.2.2直－交部分电路.................................................................