基于XMC4500永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、交流伺服系統(tǒng)研發(fā)與廣泛應(yīng)用，是促進我國國防工業(yè)，空間技術(shù)、制造業(yè)發(fā)展，縮小與世界先進國家差距的重要環(huán)節(jié)，同時也對降低能源損耗、改善生態(tài)環(huán)境有著重大的意義。在交流伺服系統(tǒng)中，永磁同步電機具備十分優(yōu)良的低速性能、調(diào)速范圍寬廣、動態(tài)特性優(yōu)良和效率高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。本論文以驅(qū)動單軸伺服轉(zhuǎn)臺為應(yīng)用背景，完成了基于英飛凌單片機的永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　首先在永磁同步電機原理模型的基礎(chǔ)上，基于矢量控制理論，通過

2、坐標變換將永磁同步電機復雜的數(shù)學模型簡化。針對轉(zhuǎn)臺內(nèi)嵌的表貼式電機采取id=0的控制策略，得到類似于他勵直流電機的控制模型。隨后分析了空間矢量脈寬調(diào)制的原理和具體實現(xiàn)步驟，搭建了Simulink下電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型，通過仿真實現(xiàn)同步電機矢量控制，設(shè)計PI參數(shù)改善交軸、直軸電流在電機啟動、突加負載情況下動態(tài)特性。
　　其次，完成了交流伺服系統(tǒng)硬件實驗平臺的設(shè)計。硬件平臺由控制板和功率板組成，控制板以英飛凌32位工業(yè)級單片機X

3、MC4500最小系統(tǒng)為核心，支持粗精雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器勵磁和位置解調(diào)、支持與上位機之間串行通訊。功率板實現(xiàn)功率變換和測量保護功能。功率變換以英飛凌的IGBT模塊FB20R06W1E3和驅(qū)動芯片6ED003L06為核心，實現(xiàn)單相交流電的整流和逆變。此外，功率板支持母線電壓電流和相電流的測量。為避免伺服系統(tǒng)因過壓過流損壞，實驗平臺分別在硬件和軟件層面設(shè)計有多層保護措施，系統(tǒng)安全性高。
　　再次，基于KEIL515完成了交流伺服系統(tǒng)軟件實

4、驗平臺的設(shè)計。程序由主程序、中斷程序和功能子程序構(gòu)成。另外，本文詳細分析了XMC4500在電機控制領(lǐng)域常用外設(shè)的使用方法，尤其是數(shù)字解調(diào)單元DSD模塊的配置和片上AD同時采樣的配置，給使用英飛凌芯片的開發(fā)工作者提供參考。
　　最后，在仿真的基礎(chǔ)上，對伺服系統(tǒng)進行測試。分別就角位置、相電流、線電壓等一系列參數(shù)在電機開環(huán)、閉環(huán)的條件下進行了驗證和測量。將閉環(huán)的實驗結(jié)果與矢量控制的仿真結(jié)果分析比對，進一步完善了該交流伺服系統(tǒng)功能和性能。