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

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

2、動系統(tǒng)需要高分辨率的速度傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制，常用的位置/速度傳感器有旋轉(zhuǎn)編碼器、測速電機等。位置/速度傳感器的成本幾乎可以占到整個控制器成本的三分之一，其軸向長度也幾乎是永磁電機軸向長度的三分之一，據(jù)統(tǒng)計，伺服系統(tǒng)60％以上的故障集中在位置/速度傳感器上。可見，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，無法使用或安裝。因此，借助于一些先進的控制算法在無機械傳感器的情況下，只提取電流或電壓信號，借以估計轉(zhuǎn)子

3、位置，實現(xiàn)電機自同步運行的方案引起了研究者的極大興趣。無傳感器控制技術(shù)(sensorlesscontrol)成為是近些年來在永磁交流電機驅(qū)動技術(shù)中最為活躍的一個領(lǐng)域，也將成為未來發(fā)展的必然趨勢。 PMSM是一個非線性、強耦合、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)，非線性滑模控制技術(shù)逐漸應用于永磁同步電機。本文的特色在于將非線性滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)應用于PMSM磁場定向控制中，實現(xiàn)了無傳感器控制。

4、 本文的工作和主要貢獻包括： (1)在深入查閱和分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上，提出基于DSP的全數(shù)字無傳感器控制系統(tǒng)方案，并對基于滑模變結(jié)構(gòu)的速度辨識技術(shù)、空間矢量調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究； (2)在電機學和磁場理論的基礎上，對永磁同步電機和無傳感器控制策略的進行了數(shù)學建模與仿真，對算法的進行了驗證與改善； (3)鑒于數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320F2812控制芯片出色的運算能力和豐富的外設資源，使用

5、該芯片設計了控制系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)。 最后，本文對系統(tǒng)在啟動、轉(zhuǎn)速突變、轉(zhuǎn)矩突變等工況下進行了試驗分析。試驗結(jié)果顯示該系統(tǒng)的速度辨識值能很好地跟隨給定值，速度辨識值的超調(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)。試驗驗證了控制算法的可行性，結(jié)果表明該控制系統(tǒng)動、靜態(tài)性能良好，具有較強的魯棒性和可靠性。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了整個伺服系統(tǒng)的成本，具備較強的魯棒性，可應用于機床、機