基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究
- 格式：pdf
- 大小：1.17 MB
- 文档页数：67
[1～6]
。
因此，对高响应直线电机伺服控制系统的研究，具有重要的理论意义和应用前 景。
1
1.2 课题研究的发展概况
1.2.1 直线电机概况 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机 构的传动装置，具有结构简单、运行可靠、传递效率高、机械损耗小、噪声低、环 境适应性好等显著优点，直线电机已经被广泛应用于工业、民用、军事及其它各种 直线运动的场合。具有广泛的应用和发展前景。是 20 世纪下半叶电工领域出现的 具有新原理、新理论的新技术。它所具有的突出优势，已越来越受到人们的重视。 直线电机可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作。同传统的 旋转电机相比，它有以下一些优点[7]： ● 高刚度 采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生
Keywords:AC Linear Motor
Digital Signal Processor
PWM Modulate
Proportional-Integral-Differential Control
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担。
In the end，some experiments are carried out to verify the performance of designed servo control system．The experimental results show that the control effect of the servo control system is perfect and the performance requirements of the project are met．
推力。因此，它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，有更高的动态刚 度。同时保证了运动的可靠性，提高了传动效率，降低了制造成本，易于维护。 ● 更宽的速度范围 现代电机技术，很容易实现宽调速，速度变化范围可 达 1:10000 以上。 但是由于普通旋转电机受到离心力的作用， 其圆周速度受到限制； 而直线电机运行时，它的零部件和传动装置不象旋转电机那样会受到离心力的作 用，因而它的直线速度可以不受限制。 ● 直线电机是通过电能直接产生电磁推力的，它在驱动装置中，其运动可以
关键词： 交流直线电机
数字信号处理器
PWM 调制
PID 控制
II
Abstract
Linear Motor is a novelty motor that can convert electricity energy into linear movement without any medium machine. It has wide expected application and development. As a result, the research involved Linear Motor and its servo control system has becamed a research focus. In this paper，the servo control system of a permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM) is investigated mostly. First of all, through analyzing its interior configuration and movement principle, a mathematical model of PMSLM is established based on space vector of electric current.in this paper. At the same time, A control strategy of digital servo system is introduced that adopts three closed loop of position, velocity and current. During the detailed design of digital servo system, industrial control computer and DSP as the core components are used in the hardware configuration. Secondly, after comparing its advantage with the disadvantage of the digital servo system project, and analysing the kernel resource of the DSP chip——TMS320LF2407A which is manufactured by TI corporation, the author puts forward an ameliorative project of the digital servo system— —servo control system of AC PMSLM based on the twin-DSPs. In addition, various control arithmetics, with regard to servo control system of AC motor, are introduced in detail, which include PID arithmetic, digital filter arithmetic and PWM modulate technique. Then some control algorithms related to the project are detailedly discussed and designed in the servo system．
无机械接触，使传动零部件无磨损，从而大大减少了机械损耗，例如直线电机驱动 的磁悬浮列车就是如此。 ● 旋转电机通过钢绳、齿条或传动带等转换机构转换成直线运动，这些转换
机构在运行中，其噪声是不可避免的；而直线电机是靠电磁推力驱动运行的，故整 个装置或系统的噪声很小或无噪声，运行环境好。 ● 由于直线电机结构简单，且它的初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封
华中科技大学 硕士学位论文 基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究 姓名：刘凌云 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：艾武;陈幼平 20060425
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 颖电机。它具有广阔的应用和发展前景。因此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。 本文主要针对基于 DSP 的交流永磁同步直线电机的伺服控制系统进行了研究。 文中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，并提出了采用位置、速度和电流三闭环的全数字伺服控制 系统的控制策略。通过对系统功能模块化，采用了以工控机加 DSP 为硬件结构核心 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 此基础上， 本文通过对该控制方案优缺点的比较， 以及对 TI 公司 TMS320LF2407A DSP 芯片内核的分析，提出了伺服控制系统的改进方案——基于双 DSP 的永磁同步直线 电机的伺服控制系统，并对改进系统的各个功能模块进行了整合和划分。 另外，介绍了与交流电机伺服控制系统相关的各种控制算法，包括常用的 PID 算法及其改进形式、数字滤波算法，以及 PWM（脉宽调制）的几种调制方法。同时 结合本文所研究的对象，给出了该系统在设计过程中所采用的控制算法。相关调试 和实验结果表明，控制效果良好，达到所要求的各项性能指标。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日来自学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□ ，在_____年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
1
1.1 课题概述
1.1.1 课题来源
绪
论
本课题是国家 863 计划项目“高响应直线电机及其伺服驱动器的研究与开发” （项目批准号为 2002AA423120）以及国家自然科学基金资助项目“基于分级模糊递 阶理论的直线驱动机电系统控制策略的研究” （项目批准号为 60474021）的重要组 成部分。 1.1.2 课题研究的目的和意义 目的：对长行程高响应直线电机伺服控制软硬件体系结构进行研究，采用全数 字方式实现其伺服控制系统， 设计和开发基于数字信号处理器 DSP （Digital Signal Processor）的高响应直线电机伺服驱动系统，以满足高响应直线电机伺服控制的 要求。 意义：直线驱动技术由于消除了传统机械传动链所带来的一系列不良影响，因 而极大地提高了进给系统的动态响应能力和运动精度，成为新一代数控设备中最具 有代表性的先进技术之一。近十多年来，随着精密制造技术和数控技术等先进制造 技术的发展，高速、高效、高精成为当前数控机床的发展方向，这对机床各功能部 件的性能提出了更高的要求。以进给驱动部件为例，在大位移、高速超高速加工场 合，如高性能加工中心、并联（杠机构）机床等，要求系统具有快速的移动速度（快 移速度≥100m/min，切削进给速度≥60m/min，加速度≥2g）和极高的快速定位精 度。而依靠传统的“旋转电机+滚珠丝杆”驱动方式难以达到这些性能指标，因此， 开发新型的高性能进给部件成为解决问题的关键。其中，开发新型的高性能进给驱 动部件，对直线电机的位置伺服控制系统以及高速、高加速度、高精度和高动态特 性的研究，已成为当前各国研究的热点和前沿
。
因此，对高响应直线电机伺服控制系统的研究，具有重要的理论意义和应用前 景。
1
1.2 课题研究的发展概况
1.2.1 直线电机概况 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机 构的传动装置，具有结构简单、运行可靠、传递效率高、机械损耗小、噪声低、环 境适应性好等显著优点，直线电机已经被广泛应用于工业、民用、军事及其它各种 直线运动的场合。具有广泛的应用和发展前景。是 20 世纪下半叶电工领域出现的 具有新原理、新理论的新技术。它所具有的突出优势，已越来越受到人们的重视。 直线电机可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作。同传统的 旋转电机相比，它有以下一些优点[7]： ● 高刚度 采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生
Keywords:AC Linear Motor
Digital Signal Processor
PWM Modulate
Proportional-Integral-Differential Control
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担。
In the end，some experiments are carried out to verify the performance of designed servo control system．The experimental results show that the control effect of the servo control system is perfect and the performance requirements of the project are met．
推力。因此，它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，有更高的动态刚 度。同时保证了运动的可靠性，提高了传动效率，降低了制造成本，易于维护。 ● 更宽的速度范围 现代电机技术，很容易实现宽调速，速度变化范围可 达 1:10000 以上。 但是由于普通旋转电机受到离心力的作用， 其圆周速度受到限制； 而直线电机运行时，它的零部件和传动装置不象旋转电机那样会受到离心力的作 用，因而它的直线速度可以不受限制。 ● 直线电机是通过电能直接产生电磁推力的，它在驱动装置中，其运动可以
关键词： 交流直线电机
数字信号处理器
PWM 调制
PID 控制
II
Abstract
Linear Motor is a novelty motor that can convert electricity energy into linear movement without any medium machine. It has wide expected application and development. As a result, the research involved Linear Motor and its servo control system has becamed a research focus. In this paper，the servo control system of a permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM) is investigated mostly. First of all, through analyzing its interior configuration and movement principle, a mathematical model of PMSLM is established based on space vector of electric current.in this paper. At the same time, A control strategy of digital servo system is introduced that adopts three closed loop of position, velocity and current. During the detailed design of digital servo system, industrial control computer and DSP as the core components are used in the hardware configuration. Secondly, after comparing its advantage with the disadvantage of the digital servo system project, and analysing the kernel resource of the DSP chip——TMS320LF2407A which is manufactured by TI corporation, the author puts forward an ameliorative project of the digital servo system— —servo control system of AC PMSLM based on the twin-DSPs. In addition, various control arithmetics, with regard to servo control system of AC motor, are introduced in detail, which include PID arithmetic, digital filter arithmetic and PWM modulate technique. Then some control algorithms related to the project are detailedly discussed and designed in the servo system．
无机械接触，使传动零部件无磨损，从而大大减少了机械损耗，例如直线电机驱动 的磁悬浮列车就是如此。 ● 旋转电机通过钢绳、齿条或传动带等转换机构转换成直线运动，这些转换
机构在运行中，其噪声是不可避免的；而直线电机是靠电磁推力驱动运行的，故整 个装置或系统的噪声很小或无噪声，运行环境好。 ● 由于直线电机结构简单，且它的初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封
华中科技大学 硕士学位论文 基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究 姓名：刘凌云 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：艾武;陈幼平 20060425
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 颖电机。它具有广阔的应用和发展前景。因此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。 本文主要针对基于 DSP 的交流永磁同步直线电机的伺服控制系统进行了研究。 文中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，并提出了采用位置、速度和电流三闭环的全数字伺服控制 系统的控制策略。通过对系统功能模块化，采用了以工控机加 DSP 为硬件结构核心 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 此基础上， 本文通过对该控制方案优缺点的比较， 以及对 TI 公司 TMS320LF2407A DSP 芯片内核的分析，提出了伺服控制系统的改进方案——基于双 DSP 的永磁同步直线 电机的伺服控制系统，并对改进系统的各个功能模块进行了整合和划分。 另外，介绍了与交流电机伺服控制系统相关的各种控制算法，包括常用的 PID 算法及其改进形式、数字滤波算法，以及 PWM（脉宽调制）的几种调制方法。同时 结合本文所研究的对象，给出了该系统在设计过程中所采用的控制算法。相关调试 和实验结果表明，控制效果良好，达到所要求的各项性能指标。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日来自学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□ ，在_____年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
1
1.1 课题概述
1.1.1 课题来源
绪
论
本课题是国家 863 计划项目“高响应直线电机及其伺服驱动器的研究与开发” （项目批准号为 2002AA423120）以及国家自然科学基金资助项目“基于分级模糊递 阶理论的直线驱动机电系统控制策略的研究” （项目批准号为 60474021）的重要组 成部分。 1.1.2 课题研究的目的和意义 目的：对长行程高响应直线电机伺服控制软硬件体系结构进行研究，采用全数 字方式实现其伺服控制系统， 设计和开发基于数字信号处理器 DSP （Digital Signal Processor）的高响应直线电机伺服驱动系统，以满足高响应直线电机伺服控制的 要求。 意义：直线驱动技术由于消除了传统机械传动链所带来的一系列不良影响，因 而极大地提高了进给系统的动态响应能力和运动精度，成为新一代数控设备中最具 有代表性的先进技术之一。近十多年来，随着精密制造技术和数控技术等先进制造 技术的发展，高速、高效、高精成为当前数控机床的发展方向，这对机床各功能部 件的性能提出了更高的要求。以进给驱动部件为例，在大位移、高速超高速加工场 合，如高性能加工中心、并联（杠机构）机床等，要求系统具有快速的移动速度（快 移速度≥100m/min，切削进给速度≥60m/min，加速度≥2g）和极高的快速定位精 度。而依靠传统的“旋转电机+滚珠丝杆”驱动方式难以达到这些性能指标，因此， 开发新型的高性能进给部件成为解决问题的关键。其中，开发新型的高性能进给驱 动部件，对直线电机的位置伺服控制系统以及高速、高加速度、高精度和高动态特 性的研究，已成为当前各国研究的热点和前沿
