基于DSP的全數(shù)字無(wú)傳感器控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，CNC機(jī)床已經(jīng)成為裝備的重要組成部分。CNC機(jī)床是由X-Y平臺(tái)和Z軸所構(gòu)成的機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置，各軸都是由一個(gè)獨(dú)立的致動(dòng)器所驅(qū)動(dòng)，如直流電機(jī)或是交流電機(jī)。交流永磁同步電機(jī)(PMSM)具有氣隙磁密高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、轉(zhuǎn)矩/慣量比大、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在要求高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空航天、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)與各種軍用武器跟隨系統(tǒng)以及機(jī)器人等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代交流電機(jī)中也占有舉足輕重的地位。 高性能的電機(jī)傳

2、動(dòng)系統(tǒng)需要高分辨率的速度傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，常用的位置/速度傳感器有旋轉(zhuǎn)編碼器、測(cè)速電機(jī)等。位置/速度傳感器的成本幾乎可以占到整個(gè)控制器成本的三分之一，其軸向長(zhǎng)度也幾乎是永磁電機(jī)軸向長(zhǎng)度的三分之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，伺服系統(tǒng)60％以上的故障集中在位置/速度傳感器上?？梢?jiàn)，位置/速度傳感器增加了系統(tǒng)成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，而且在特殊環(huán)境中，無(wú)法使用或安裝。因此，借助于一些先進(jìn)的控制算法在無(wú)機(jī)械傳感器的情況下，只提取電流或電壓信號(hào)，借以估計(jì)轉(zhuǎn)子

3、位置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)自同步運(yùn)行的方案引起了研究者的極大興趣。無(wú)傳感器控制技術(shù)(sensorlesscontrol)成為是近些年來(lái)在永磁交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域，也將成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 PMSM是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、高階的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的線性控制方法往往效果不盡人意。隨著高速DSP的出現(xiàn)，非線性滑?？刂萍夹g(shù)逐漸應(yīng)用于永磁同步電機(jī)。本文的特色在于將非線性滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)應(yīng)用于PMSM磁場(chǎng)定向控制中，實(shí)現(xiàn)了無(wú)傳感器控制。

4、 本文的工作和主要貢獻(xiàn)包括： (1)在深入查閱和分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出基于DSP的全數(shù)字無(wú)傳感器控制系統(tǒng)方案，并對(duì)基于滑模變結(jié)構(gòu)的速度辨識(shí)技術(shù)、空間矢量調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究； (2)在電機(jī)學(xué)和磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)永磁同步電機(jī)和無(wú)傳感器控制策略的進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與仿真，對(duì)算法的進(jìn)行了驗(yàn)證與改善； (3)鑒于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320F2812控制芯片出色的運(yùn)算能力和豐富的外設(shè)資源，使用

5、該芯片設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)。 最后，本文對(duì)系統(tǒng)在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速突變、轉(zhuǎn)矩突變等工況下進(jìn)行了試驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)的速度辨識(shí)值能很好地跟隨給定值，速度辨識(shí)值的超調(diào)量約為1.414％，系穩(wěn)態(tài)誤差約為4r/min(速度給定值為500r/min，空載)。試驗(yàn)驗(yàn)證了控制算法的可行性，結(jié)果表明該控制系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能良好，具有較強(qiáng)的魯棒性和可靠性。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大大降低了整個(gè)伺服系統(tǒng)的成本，具備較強(qiáng)的魯棒性，可應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)