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基于DSP的永磁同步电机控制设计总说明 (3)Abstract (4)1. 绪论 (5)1.1 交流调速概述 (5)1.2 相关领域发展 (5)1.2.1 功率器件发展 (5)1.2.2 变频技术发展 (6)1.2.3 电机制造技术和交流调速理论的发展 (6)1.2.4 控制理论发展 (7)1.2.5 微处理器发展 (7)1.3 国内外研究动态和发展方向 .......... 错误!未定义书签。
1.4 本文研究的主要内容 (8)2永磁同步电机结构及控制原理 (8)2.1永磁同步电机控制理论的发展 (8)2.2永磁交流伺服控制系统 (9)2.3永磁同步电机的矢量控制原理 (9)2.3.1永磁同步电机的内部结构和种类 (9)2.3.2 永磁同步电机的控制策略 (9)2.3.3永磁同步电机数学模型的建立 (10)2.4 SVPWM基本原理 (17)2.4.1 空间矢量的定义 (17)2.4.2电压与磁链空间矢量的关系 (18)2.4.3 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 (19)第1 页共74 页2.4.4 T1，T2，T0的计算 (22)2.5电机的位置检测原理 (23)2.6光耦隔离电路的原理 (26)2.7逆变器原理 (28)第三章硬件电路设计 (31)3.1 系统硬件总体设计 (31)3.2 主控芯片DSP2812的基本特征 (32)3.3 DSP外设介绍 (33)3.4主电路模块设计 (37)3.4. 1 整流滤波电路的设计 (37)3.4.2 逆变电路的设计 (38)3.4.3 测速电路的设计 (39)3.4.4通信接口电路设计 (40)图3-2 SCI接口电路图 (40)3.4.5最小系统电路 (41)3.5 LED显示电路 (41)光耦隔离电路 (42)2. 第五章软件设计 (50)5.1 DSP开发软件的安装与应用 (50)总结与致谢 (60)参考文献 (73)第2 页共74 页基于DSP的永磁同步电机控制设计总说明随着电力电子技术现代控制技术以及计算机微芯片技术的迅速发展,在交流调速技术中,变频调速以其优异的调速性能和高效节能效果等优点成为了国内外交流调速系统的发展方向,现阶段运用计算机电子技术的最新发展成果将成熟的电机控制理论应用并构建成完整的系统已经是该领域内研究的一个热点。
优秀论文审核通过未经允许切勿外传永磁同步电动机的矢量控制1 绪论1.1 电气伺服系统发展现状和动向自从上个世纪60年代，电气伺服系统取代了大部分的电液伺服传动系统成为伺服系统的主要形式。
按驱动装置的执行电动机类型来分,通常分为直流(DC)伺服系统和交流 (AC)伺服系统。
直流伺服系统发展早,70年代已经实用化,在各类机电一体化产品中大量使用各种结构的DC伺服电动机。
直流伺服系统控制简单,灵活实现正反转,调速范围宽,稳定性高,响应速度快，无超调,定位精度和跟踪精度高。
但是直流伺服系统也有难以克服的缺点;直流电动机转子绕组的发热大，影响与其相连接的丝杠精度;采用机械换向会产生电火花,直流伺服系统难以工作在易燃、易爆的工作场合;高速运行和大容量设计受到机械换相器的限制;电刷和换向器易磨损,日常维护工作量大;结构复杂，制造困难,成本高等。
机械换向器的存在是造成以上问题的主要原因。
交流电机没有机械换向器，克服了直流电机的缺点。
进入20世纪80年代后,功率电子器件和微电子技术水平得到迅速提高,基于先进控制理论、电力电子器件和微处理器的发展,交流伺服控制技术日趋成熟。
交流伺服系统以其体积小,转动惯量最小,耐高速,可频繁起制动,过载能力强,瞬时输出转矩大,对环境适应性强,运行可靠性高，无需维护等特点而广泛适用于CNC和工业机器人等工业领域。
到了90年代,交流伺服系统己经在许多场合取代了直流伺服系统，某些性能甚至超过了直流伺服系统，从而出现了取代直流伺服系统成为电气伺服系统主体的趋势。
目前国内外交流伺服系统研究正向着数字化、智能化、网络化、绿色化的方向发展：高性能和全数字化伺服系统是当代交流伺服系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中。
由于微电子技术的发展,微处理器的运算速度不断提高,功能不断增强，特别在电机控制专用DSP芯片出现后，全数字伺服系统在实现电流控制、速度控制和位置控制全部数字化的同时,极大的增强了伺服系统设计和使用的灵活性。
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计1基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计随着现代电子技术的发展，控制技术逐渐成为重要的研究领域。
永磁同步电机作为一种高效、稳定的电机，已经得到广泛应用。
而矢量控制技术，则可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
本文，我们将介绍基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
从系统架构、控制算法、硬件设计以及实验测试等方面，详细探究其原理和实现方法。
一、系统架构永磁同步电机矢量控制系统主要由两部分组成：控制器和电机。
其中，控制器采用DSP作为核心，运行矢量控制算法，将电机转速、位置等信息输入进行控制。
电机由永磁同步电机、驱动器和传感器组成。
二、矢量控制算法矢量控制算法主要包括两种：基于空间矢量分解的矢量控制和基于旋转矢量的矢量控制。
其中，基于空间矢量分解的矢量控制是通过将电机的空间矢量分解为定子和转子磁链矢量，控制其大小和相位差来实现永磁同步电机的转矩和转速控制；基于旋转矢量的矢量控制则是通过构建一个旋转矢量，并控制其与电机运动的相对位置来实现对电机的精确控制。
三、硬件设计在硬件设计方面，我们采用了一种小型化的设计方案，将DSP 与其他电路集成在一起，便于控制和维护。
电机驱动器采用了3相全桥逆变器，可实现对电机的相位和大小控制。
传感器为霍尔传感器，并通过反馈控制将电机转速等信息输入到控制器中。
四、实验测试为了验证所设计的永磁同步电机矢量控制系统的有效性，我们进行了实验测试。
通过转速和转矩测试，得到了电机在加速、减速、负载改变等情况下的运行特性。
实验结果表明，所设计的永磁同步电机矢量控制系统具有较高的控制精度和稳定性。
五、结论综上所述，基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
对于电机控制领域的研究和应用具有一定的参考和借鉴价值本文介绍了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
3 基于DSP的数字伺服控制系统方案3.1 交流电机数字控制系统的特点数字控制系统是自动控制理论和计算机技术相结合的产物，一般是指微处理机参与控制的开环或闭环系统，通常具有精度高、速度快、存储量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。
相对于传统的模拟控制系统而言，数字控制系统有以下优点[9]：（1）精心设计的微机控制系统能显著地降低控制器硬件成本。
根据目前微机的发展趋势来看，此优点变得越来越明显，对于复杂控制系统尤其如此。
为用户专门设计的大规模集成电路（VLSI）加软件构成的控制芯片，或为大批量生产设计的专门集成电路（ASIC）均使系统硬件成本大大降低。
体积小、重量轻、耗能少是它们附带的共同优点。
（2）改善系统可靠性。
VLSI使系统连线减少到最少，其平均无故障时间（MTBF）大大长于分立元器件电路。
经验表明，正确设计微机控制系统的可靠性大大优于电机控制系统中的其它元器件。
（3）数字电路不存在温漂问题，不存在参数变化的影响。
（4）可以设计统一的硬件电路，以适合于不同的电机控制系统。
软件设计具有很大的灵活性，可以有不同的版本，还可加快产品的更新换代。
（5）可以完成复杂的功能，指令、反馈、校正、运算、判断、监控、报警、数据处理、故障诊断、状态估计、触发控制、PWM脉冲产生、坐标变换等等。
数字控制系统也有其不足之处，主要表现在：（1）存在采样和量化误差。
尽管计算机内部的数字量非常精确，但和外部打交道均通过数/模（D/A）、模/数（A / D）转换器。
D/A、A / D转换器的位数和计算机的字长是一定的，增加位数和字长及提高采样频率可以减少这一误差，但不可以无限制地增加。
（2）响应速度往往慢于专用的硬件或模拟系统。
计算机处理信号是以串行方式进行的，尽管微处理机的速度提高很快，但要完成很多任务仍需较长的时间。
此外，采样时间的延迟可能造成系统的不稳定。
（3）软件人工成本较贵。
毕业论文（设计）永磁同步电机矢量控制方法的研究毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名： ____________ 日期：_________________毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规^定O作者签名：___________ 指导教师签名：________________ 日期：____________ 日期：________________________注意事项1•设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2•论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等）文科类论文正文字数不少于 1.2万字。
3•附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4•文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5•装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订随着科学技术的进步，永磁同步电机（PMSM）由于性能优越而得到了广泛的应用和发展。
基于DSP的交流永磁同步直线电机矢量控制系统设计
于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、
对磁体的作用力或力矩皆源于此。
[全文]
中直接产生的，可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度和快速响应速度[1]。
目前，美国、日本、德国、瑞士等是直线直接驱动系统研究水平相对较高的国家，Siemens、Kollmorgen 等公司的产品已经商品化[2]。
国内对直线电机的研究开发非常重视，很多科研院所都开展了实验研究，但没有实现产业化。
本文
是在我系研制的交流永磁同步直线电机基础上进行基于矢量变换控制的驱动系
统设计应用。
2. 交流永磁同步直线电机工作原理
直线电机的工作原理上相当于沿径向展开后的旋转电机。
交流永磁同步直线电机通入三相交流电流后，会在气隙中产生磁场磁场
电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。
由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运
动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。
，若不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布。
行波磁场与次级相互作用产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动。
图1 所示为开发设计的交流永磁同步直线电机。
3. 永磁同步直线电机矢量控制原理
由于矢量控制动态响应快，相比较标量控制，在很快的时间内就能达到。
诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日湖南工程学院毕业设计（论文）任务书————☆————设计（论文）题目：基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究姓名周琳系别应用技术学院专业电气工程及其自动化班级0786 学号200713010616指导老师颜渐德教研室主任谢卫才一、基本任务及要求：1）掌握矢量控制的基本原理。
2）掌握永磁同步电动机矢量控制系统。
3）利用MATLAB软件仿真，分析。
4)硬件设计及软件设计二、进度安排及完成时间：2月20日：布置任务，下达设计任务书2月21日——3月10日：查阅相关的资料（总参考文章15篇，其中2篇以上IEEE的相关文章）。
3月13日——3月25日：毕业实习、撰写实习报告3月27日——5月30日：毕业设计、4月中旬毕业设计中期抽查6月1日——6月7日：撰写毕业设计说明书（论文）6月8日——6月10日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上传FTP。
6月11日——6月12日：毕业设计答辩目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第１章概述 (1)1.1永磁同步电动机的发展概况及应用前景 (1)1.1.1 永磁同步电动机发展概况 (1)1.1.2 永磁同步电动机特点及应用 (2)1.2永磁同步电动机控制系统的发展现状与趋势 (3)1.3课题研究的背景及本文的主要研究内容 (4)1.4本课题的研究意义 (5)第2章永磁同步电动机的结构及其数学模型 (7)2.1永磁同步电动机的结构 (7)2.2永磁同步电动机的数学模型 (8)2.2.1 永磁同步电机在静止坐标系(UVW)上的模型 (8)α-)上的模型方程 (10)2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系(β2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系(d q-)上的数学模型 (12)第3章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (16)3.1永磁同步电机的控制策略 (16)3.1.1永磁同步电机外同步控制策略 (16)3.1.2 永磁同步电机自同步控制策略 (16)3.1.3 永磁同步电动机的弱磁控制 (19)3．2空间矢量脉宽调制(SVPWM) (19)3.2.1 空间矢量脉宽调制原理 (19)3.2.2 空间矢量脉宽调制实现 (22)3.3PI控制器的设计 (24)3.3.1 电流环PI控制器的设计 (24)3.3.2 速度环PI控制器的设计 (25)第4章系统仿真模型 (26)4.1MATLAB仿真工具箱简介 (26)4.2闭环控制系统仿真 (27)4.3仿真结果及分析 (31)第5章永磁同步电机控制器的硬件设计 (34)5.1功率变换单元的设计 (34)5.1.1 三相桥式主电路 (35)5.1.2 IR2130驱动器 (36)5.1.3 信号隔离电路 (38)5.2检测单元的设计 (38)5.2.1位置检测单元的设计 (38)5.2.2 电流检测电路 (40)5.2.3 电压检测电路 (40)5.3控制器的设计 (41)5.3.1 DSP的特点和资源 (42)5.3.2 系统设计中所用的DSP硬件资源 (43)5.4电平转换 (44)5.5保护电路的设计 (45)5.5.1 过流保护电路 (45)5.5.2 过压保护电路 (46)5.5.3 上电保护电路 (46)5.5.4 系统保护电路 (47)第6章永磁同步电机控制器的软件设计 (48)6.1DSP软件一般设计特点 (48)6.1.1 公共文件目标格式 (48)6.1.2 Q格式表示方法 (49)6.2控制系统软件的总体结构 (50)6.3控制系统子程序设计 (53)6.3.1 位置和速度计算 (53)6.3.2 速度、电流PI控制 (55)6.3.3 电流的采样与滤波 (56)6.3.4 坐标变换软件实现 (58)6.3.5 正余弦值的产生 (58)6.3.6 空间矢量PWM程序 (59)结束语 (60)参考文献 (61)致谢 (62)附录 (63)基于DSP永磁同步电动机矢量控制系统研究摘要：本论文在分析了PMSM的结构、数学模型的基础上采用弧公司专用于电机控制的TMS320F2407A型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统，主要完成了以下几个方面的工作：(1)本文查阅大量的文献资料，阐述了永磁同步电机的发展概况及应用以及其控制系统的发展现状，讨论了此课题的研究意义。
(2)在分析了PMSM的工作原理及其运行特点的基础上，深入研究了永磁同步电机的矢量控制理论，采用SVPWM矢量控制技术，并在此基础上建立PMSM数学模型，构建了采用速度和电流双闭环的矢量控制策略。
(3)在分析了TI公司的高速数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407A的特点的基础上，通过其专用开发平台，设计了基于该DSP的永磁同步电机矢量控制系统，完成了控制器、功率变换单元以及位置检测单元的设计，并在此基础上设计各种保护电路。
同时设计了系统软件控制部分，完成了主程序、中断控制程序以及各项子程序的设计。
(4)本文在研究MATLAB/SIMULINK的基础上，建立了永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，并进行了控制仿真研究，仿真结果表明，该控制系统响应速度快，超调量小，抗干扰性能强。
关键词：DSP；永磁同步电动机；矢量控制系统；Vector Control System of PMSM Based on DSP Abstract: This thesis,basing on analyzing the structure and mathematics model of PMSM,empoldered the timing system of vector control of PMSM through using the TMS320F2407A of TI company as its core. The main jobs are just as:(1) In this paper,with abundance of literature we introduced development and application of PMSM,also include its development in control system.then we discussed the researching purport of this paper.(2) based on the research on work elements and work characteristic of PMSM,we deeply researched its Vector Control Theory.with SVPWM Vector Control Technology,we build PMSM Mathematical model,construct the Vector Control plan which used speed and Current double-loop.(3) based on the research of High-speed digital signal processor TMS320F2407A ’s trait which produced by TI,we designed the whole PMSM vector control system of DSP with its Dedicated development platform.we completed the controller、Power Conversion unit and Position Detection Unit.we also designed the Protection circuits.and we design the Some software control system,include main program、Interruption control procedures and The subroutine.(4) based on the research on MATLAB/SIMULINK,we build PMSM Vector Control System Simulation Model.with this,we research the control Simulation.the result of Simulation means this system has trait of Fast response,small Overshoot and Strong anti-jamming performance.Key words: DSP；PMSM；Vector control system第１章概述随着电气传动技术的不断发展，人们对调速的要求也不断提高，永磁同步电动机具有体积小、重量轻、功率密度大、效率高、转矩稳定、便于控制以及形式多样等优点，所以在航空航天、国防、电动汽车、机床控制和日常生活等领域得到了越来越广泛的应用，永磁同步电动机是用永磁材料产生励磁磁场的电动机，与普通的电动机相比，永磁同步电动机不需要专门的绕组与装置提供外加能量来产生励磁磁场，使其结构简化并可节约能量，由于电力电子技术、微电子技术和传感器技术的突破性发展，尤其是具有强大计算能力的数字信号处理器(DSP) 的出现，使得结构简单的同步电动机矢量控制变频调速系统成为可能。
1.1 永磁同步电动机的发展概况及应用前景1.1.1 永磁同步电动机发展概况所谓永磁电机就是指采用永磁体代替通电线圈励磁的电机。
早在十九世纪二十年代出现的世界上第一台电机，就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。
但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石，磁能密度低，用它制成的电机体积庞大，不久便被电励磁电机所取代。
直到上世纪七十年代末、八十年代初，随着永磁材料的发展，永磁同步电动机才以其体积小、功率密度高、效率和功率因数高等显著的优点引起了电机设计及驱动技术研究人员的广泛关注和重视。
英国学者Merrill最早提出了称之为“Permasyn”的永磁交流电机设计方案。
从1979年开始，长期致力于永磁同步电机及其驱动系统理论研究和技术开发工作的英国学者、利物浦大学K J．Binns教授先后发表了有关永磁同步电机结构、工作原理、性能分析、参数估算、驱动系统稳定性分析和新型转子位置检测装置等内容的学术论文，对推动永磁同步电机的理论研究和工程应用产生了极大的影响。
