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《安徽工程大学》 2010年
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基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究

凌刚  
【摘要】: 交流永磁同步电机(PMSM)由于高转矩、低损耗、脉动小、电气时间常数小等物理特点,使其成为高精数控加工的最佳执行机构。近年来DSP芯片价格不断下降,特别是电机控制专用DSP芯片的出现,为交流伺服系统的全数字化提供了硬件支持。FPGA的运用节约了CPU的大量时间和资源,提高了系统的性能。 首先介绍了交流伺服系统的组成、调速方案、控制策略及其发展现状与趋势。在推导永磁同步电机数学模型的基础上介绍了电压空间矢量控制方法。然后设计了三闭环控制器,对位置环、速度环和电流环采用了经典的PI控制策略,并利用MATLAB/SIMULINK进行了仿真,验证其设计的可行性和正确性。之后对硬件设计进行了详细的介绍,系统采用DSP+FPGA+IPM结构。此结构使DSP.FPGA和IPM充分发挥各器件的优势,同时在性能上还可互相弥补各自的不足。IPM功率模块完成驱动、芯片级保护。DSP采用TI公司的TMS320LF2407A芯片,交流伺服控制算法实现和串行总线的信息交互由DSP完成。FPGA完成对霍尔信号的检测、码盘信号的读取、键盘的扫描、显示器的动态刷新、保护信号的处理等功能。高速、周期性强的信号由FPGA实现,节省了DSP大量时间,提高了整个系统的效率。 最后,对本文的设计结果在实验室的实验设备上进行了实际验证,实验结果证明本文的设计结果良好。
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM341

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李伟亮;基于FPGA的永磁同步电机伺服控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 徐小军;面向网络的可重构伺服运动控制系统研究[D];安徽工程大学;2011年
3 蔡交明;基于Z源网络的双向DC/AC变换器研究[D];安徽工程大学;2011年
4 袁啸林;基于Z源变换器的直流无刷电机驱动系统研究[D];安徽工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 牛洪海;永磁同步电动机控制系统及控制方法研究[D];浙江大学;2006年
2 姜飞荣;永磁同步电机伺服控制系统研究[D];浙江大学;2006年
3 柏海平;CPLD/FPGA在交流电机调速中的应用研究[D];西华大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 李敏;陈其工;江明;;基于零矢量插入的矢量细分的PMSM直接转矩控制研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年01期
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8 刘春英;朱兵;;在负功率下四象限变频器的DTC直接转矩控制的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年05期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
2 陈秀;刘勇夫;冀晓童;高扬;徐青;王辉;;基于起停式飞剪矢量控制系统的研究[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
3 朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;;无轴承异步电机转子磁场定向控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 朱通;朱熀秋;孙永波;郝晓红;;无轴承永磁薄片电机试验平台及驱动系统设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 张细政;王耀南;;永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 王争光;金建勋;郭有光;詹跃东;朱建国;;基于SVPWM的永磁同步电机控制系统模型仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 周渊深;朱希荣;;同步电动机变频调速系统的二自由度内模控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 李利娜;窦丽华;蔡涛;潘峰;;基于干扰观测器的滑模变结构控制器设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 虞正民;颜文俊;包哲静;;基于损耗模型和模糊搜索的异步电机最优效率控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 刘星桥;韩辉;鲍丰亮;;基于霍尔元件的永磁同步直线电机伺服控制系统[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
2 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
3 王晋;多相永磁电机的理论分析及其控制研究[D];华中科技大学;2010年
4 庞珽;混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究[D];华中科技大学;2010年
5 张大海;浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究[D];浙江大学;2011年
6 张志锋;感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
7 关丽荣;基于反推技术的永磁直线同步电机控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
8 张洪阳;永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现[D];沈阳工业大学;2011年
9 赵国新;变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
10 王松;永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 秦臻;7.5KW开关磁阻电动机调速系统设计[D];山东科技大学;2010年
3 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
4 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
5 翟清震;电流型Z源逆变器主电路控制策略研究[D];山东科技大学;2010年
6 魏光宇;二维转台控制系统[D];长春理工大学;2010年
7 李文博;兆瓦级风机变桨系统研究[D];郑州大学;2010年
8 史文韬;基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 秦余钢;船模自航试验遥控测试研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵凡;丑武胜;刘敬猛;;一种新型空间电压矢量调制方式的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2007年03期
2 蔡交明;江明;张永;;基于Simulink的三相Z源逆变器SVPWM仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年04期
3 陈海明;;美、日、欧宽带隙半导体技术发展研究[J];半导体技术;2010年08期
4 陆华才;江明;陈其工;;永磁直线同步电机驱动系统速度和位置无传感器检测新方法[J];电工电能新技术;2011年02期
5 彭方正,房绪鹏,顾斌,高奇,钱照明;Z源变换器[J];电工技术学报;2004年02期
6 张卫丰;余岳辉;;基于RTW的SVPWM DSP控制系统[J];电工技术学报;2007年03期
7 丁新平;钱照明;崔彬;彭方正;;适应负载大范围变动的高性能Z-源逆变器[J];电工技术学报;2008年02期
8 王利民,钱照明,彭方正;Z源直流变换器[J];电气应用;2005年02期
9 曾建安;曾岳南;暨绵浩;;永磁同步电机转子初始位置检测[J];电机技术;2005年04期
10 F.伯莱斯切克;陈伯时;;应用于旋转磁场电机新型矢量变换闭环控制系统的磁场定向原理[J];电力电子;2004年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王平;碳化硅场效应器件的模型及关键工艺技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
2 房绪鹏;Z源逆变器研究[D];浙江大学;2005年
3 丁新平;Z-源变流器关键技术的研究[D];浙江大学;2007年
4 吴钦木;交流伺服系统可重构和网络化控制技术研究[D];华中科技大学;2007年
5 汤雨;Z源逆变器研究[D];南京航空航天大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李斌;基于组态技术和VVVF的驱动控制的连铸机监控系统的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 江维;微粒群算法理论研究及其在PID参数优化中的应用[D];武汉工程大学;2010年
3 辛建坤;提高永磁同步电机动态转矩控制方法的研究[D];西安理工大学;2003年
4 李新民;用DSP实现永磁同步电机的预测控制与矢量控制[D];西安理工大学;2003年
5 刘日宝;全数字永磁交流伺服驱动系统的研究[D];南京航空航天大学;2004年
6 高奇;Z源逆变器的主电路研究[D];浙江大学;2005年
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8 汤新舟;永磁同步电机的矢量控制系统[D];浙江大学;2005年
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10 王海涛;单晶铜水平牵引生长设备及自动控制系统的研究[D];山东理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 董卫虎;基于dsPIC的交流永磁同步电机驱动器研究与设计[D];西安工业大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任雷,崔芮华,王宗培,程智;永磁同步电机绕组电感的饱和效应[J];电工技术学报;2000年01期
2 孙宜标,郭庆鼎;基于神经网络给定补偿的交流永磁直线伺服系统滑模控制[J];电工技术学报;2002年03期
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9 李军民;黎亚元;陈廷成;;基于DSP的无速度传感器直接转矩控制研究[J];电机与控制学报;2005年05期
10 李叶松,宋宝,秦忆;全数字交流永磁同步电机伺服系统设计[J];电力电子技术;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 骆再飞;滑模变结构理论及其在交流伺服系统中的应用研究[D];浙江大学;2003年
2 许振伟;永磁交流伺服系统及其控制策略研究[D];浙江大学;2003年
3 孙丹;高性能永磁同步电机直接转矩控制[D];浙江大学;2004年
4 陈荣;永磁同步电机伺服系统研究[D];南京航空航天大学;2005年
5 林伟杰;永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 包辉;同步电机变频调速系统的研究[D];浙江大学;2003年
2 翁力;电梯用永磁同步电机变频器的设计[D];浙江大学;2003年
3 智大为;永磁同步电机的转矩直接控制[D];浙江大学;2003年
4 虞东海;基于DSP的矢量控制变频调速系统[D];浙江大学;2004年
5 胡奇锋;永磁同步电机高性能调速控制系统研究[D];浙江大学;2004年
6 刘日宝;全数字永磁交流伺服驱动系统的研究[D];南京航空航天大学;2004年
7 汤新舟;永磁同步电机的矢量控制系统[D];浙江大学;2005年
8 刘毅;基于高频注入的永磁同步电动机无传感器运行研究[D];浙江大学;2005年
【相似文献】
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1 徐艳平,钟彦儒,于宏全;基于MATLAB的永磁同步电机直接转矩控制的仿真建模[J];微电机;2005年03期
2 何继爱;王惠琴;;永磁同步电机空间矢量控制系统的仿真[J];电力系统及其自动化学报;2005年06期
3 王步来;顾伟;;稀土永磁同步电动机的工程设计研究[J];电工电能新技术;2006年02期
4 高晗璎;刘国栋;宋博;;基于SVPWM永磁同步电动机直接转矩控制技术[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2010年05期
5 王录军;;永磁同步电机非线性控制策略研究[J];科技资讯;2011年22期
6 成兰仙;欧阳红林;吴军昌;王小强;;多相永磁同步电机双模矢量控制系统研究[J];中小型电机;2005年09期
7 敬华兵;廖力清;;基于模型参考自适应方法的无速度传感器永磁同步电机控制[J];机车电传动;2007年01期
8 赵辉;鲁超;冯金钊;;基于SVPWM的永磁同步电机控制策略研究[J];电测与仪表;2009年07期
9 杨国生;;基于矢量控制永磁同步电动机在电梯中的应用[J];太原科技;2005年S2期
10 刘国林;刘培刚;;基于HTPA的永磁同步电动机矢量控制系统[J];变频器世界;2011年07期
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1 韩尧;秦开宇;汤小平;;基于DSP+FPGA平台的基带信号发生器设计[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
2 刘永钦;沈艳霞;;永磁同步电动机模糊PI控制系统的研究与仿真[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
3 刘文哲;田克强;吴琳;邓帅;;永磁同步电动机新型模糊控制器的设计[A];山东电机工程学会第四届供电专业学术交流会论文集[C];2007年
4 周旋;李世华;;基于摩擦和扰动补偿的永磁同步电机伺服系统控制方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 艾波;刘瑞华;;基于DSP+FPGA的SINS/GPS组合导航系统[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
6 金如麟;谭茀娃;;永磁同步电动机的应用前景[A];'2001第六届中国小电机技术研讨会论文集[C];2001年
7 武玉强;马新;宗广灯;;永磁同步电动机系统的有限时间跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 涂军;汪俊;高俊;;基于DSP+FPGA技术的视频图像采集系统的设计[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
9 李诺;王江;张荣华;;永磁同步电动机非线性负载的神经网络自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 张好明;王应海;;新型永磁同步电动机直接转矩控制策略研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 驻太仓首席记者 徐允上;太仓诞生首台永磁同步电动机[N];苏州日报;2009年
3 张永法;F2TP永磁同步电机掀起节能革命[N];中国纺织报;2007年
4 申军平 雷冬梅;永磁同步电机承担主牵引驱动[N];运城日报;2010年
5 罗晖;尤尼康欲领航国产高端变频器市场[N];科技日报;2008年
6 文利;自主创新破题国产高端变频器[N];中国高新技术产业导报;2008年
7 刘文硕;永磁同步电机助推纺织机节能[N];中国工业报;2007年
8 秦北;充满“时尚”新元素[N];中国财经报;2007年
9 刘文硕;高效永磁同步电机降低设备电力损耗[N];中国纺织报;2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋志环;永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究[D];沈阳工业大学;2010年
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6 赵国新;变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
7 吴芳;无传感器永磁同步电机的位置辨识与控制研究[D];华中科技大学;2011年
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10 刘栋良;永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
2 陈晨;纯电动汽车用永磁同步电动机设计及弱磁扩速分析[D];天津大学;2010年
3 钱鋆;基于观测器的永磁同步电动机无速度传感器控制系统的研究[D];湖南大学;2010年
4 成本权;高性能永磁同步电动机及其控制系统设计与仿真[D];湖南大学;2010年
5 张汉允;永磁同步电机设计与特性分析[D];河南理工大学;2010年
6 刘国栋;基于无传感器技术的永磁同步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 李敏;交流永磁同步伺服电动机控制系统的研究[D];华南理工大学;2010年
8 吕孝亮;轮毂盘式无铁心永磁同步电动机无传感器控制研究[D];天津大学;2010年
9 周菜;矢量控制永磁同步电机伺服系统的研究[D];武汉理工大学;2010年
10 刘晓磊;低压大功率多支路永磁同步电动机参数计算及绕组端部电磁力分析[D];沈阳工业大学;2011年
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