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基于DSP的全数字低压直流伺服控制系统的研究

张小莉  
【摘要】:永磁无刷直流电机具有效率高、调速性能好、结构简单、可靠性高等优点,广泛应用于工业、军事等领域。全数字控制器是保证伺服系统高精度、高响应等性能指标的关键部分,以高性能数字信号处理器为核心的全数字伺服控制系统在国内仍是研究的热点之一。 针对军用设备对伺服系统低电压大功率、高可靠性的要求,本文以MAXON永磁无刷直流电机为控制对象,建立了无刷直流电机的数学模型和仿真模型,优化了伺服控制系统的控制算法,设计了具有位置环、速度环和电流环的三闭环全数字低压直流伺服控制系统,通过实验对系统原型样机进行了验证。 首先分析了无刷直流电机的基本结构和工作原理,建立了无刷直流电机的数学模型,提出了三闭环全数字低压直流伺服控制系统的框架结构。分析了直流伺服控制系统各种PWM调制方法的优缺点,优选了适合全数字低压直流伺服控制系统的PWM调制方法。 其次基于Matlab/Simulink,建立了无刷直流电机的三闭环控制系统的仿真模型。提出了自适应模糊PID控制算法应用于伺服控制系统的位置环,仿真结果表明相对于传统PID控制算法,低压直流伺服控制系统的静态、动态性能有较好的改善。 然后设计了基于高性能数字信号处理器的三闭环伺服控制系统的原型样机。硬件系统包括三相逆变器、电压电流检测、位置传感处理等模块。软件设计采用模块化设计方法,包括主程序和中断服务子程序。中断服务程序实现了电流采样、PID控制算法、换相控制等功能。 最后对原型样机进行了软硬件调试、系统性能测试。实验结果表明所设计的三闭环全数字低压直流伺服控制系统方案可行,为后续的研究打下基础。


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