基于DSP的電子絡(luò)筒無刷直流電機伺服系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、隨著科技的飛速發(fā)展，電力電子器件、集成電路以及微處理器都經(jīng)歷了日新月異的變化，越來越多的工業(yè)場合諸如機器人、數(shù)控機床以及紡織行業(yè)的電子絡(luò)筒技術(shù)等均對執(zhí)行機構(gòu)提出了高精度位置、轉(zhuǎn)速伺服控制的要求。而電機作為伺服控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)在制動時的能量利用也成為國家節(jié)能工程的一個重點。
　　 無刷直流電機是一種集電機和電子一體化的高科技產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)簡單，運行效率高，無勵磁損耗、調(diào)速性能好以及維護方便等諸多優(yōu)點，但是位置傳感器增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)

2、雜性和成本，降低了系統(tǒng)運行的可靠性，因而無位置傳感器控制成為研究的熱點；另一方面，由美國TI公司專門為電機的數(shù)字化控制設(shè)計的16位定點DSP控制器TMS320LF2407集高速處理能力及適用于電機控制、優(yōu)化的外圍電路于一體，為高性能傳動伺服控制提供了可靠高效的信號處理與硬件控制支持。因此，為滿足對伺服系統(tǒng)高精度位置、轉(zhuǎn)速控制的要求，并且有效回收利用電機制動產(chǎn)生的能量，本文采用無刷直流電機(BLDCM)作為執(zhí)行機構(gòu)，主要研究了基于TMS3

3、20LF2407 DSP的無位置傳感器無刷直流電機伺服系統(tǒng)。內(nèi)容包括伺服系統(tǒng)的控制部分設(shè)計、硬件控制電路設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計等。
　　 本文首先對課題研究背景絡(luò)筒機的概況與發(fā)展進行了簡要闡述，同時也介紹了無刷直流電機、伺服控制系統(tǒng)及其控制策略的現(xiàn)狀和發(fā)展；接著，研究了無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并建立了數(shù)學(xué)模型；然后詳細(xì)介紹了反電動勢過零法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置檢測和換相的原理，對反電勢過零點檢測公式進行了推導(dǎo)和計算，并提出了位置檢測

4、的誤差補償方法。
　　 在伺服系統(tǒng)的控制部分論證中，本文以三相橋式MOSFET逆變電路作為控制主電路，采用120°導(dǎo)通方式；本文采用電流霍爾傳感器實現(xiàn)對電流的檢測，無位置傳感器的設(shè)計使得系統(tǒng)通過反電勢過零法獲取三相電壓信號，經(jīng)過軟件計算和延時處理為逆變電路提供了換相信號，同時由過零點之間的時間間隔和相位關(guān)系得到轉(zhuǎn)速的檢測；本文設(shè)計了電流、轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制，電流環(huán)采用比例-積分(PI)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速環(huán)在采用PI調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入了微分環(huán)

5、節(jié)，并采用模糊PID控制的方法以達到最優(yōu)控制；另一方面，為達到絡(luò)筒卷繞的精確性，采用了位置和轉(zhuǎn)速雙目標(biāo)控制；然后，深入研究并設(shè)計了無刷直流電機的能量回饋系統(tǒng)，從背景開始分析，提出了可行的解決方案，設(shè)計了由超級電容器、雙向DC-DC變換電路和逆變電路構(gòu)成的能量回饋主電路，對升／降壓模式的工作原理進行了分析，并根據(jù)控制方式建立了模型，說明了相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。在伺服系統(tǒng)的硬件控制部分的設(shè)計中，先進行了整體系統(tǒng)的設(shè)計，然后論述了系統(tǒng)主回路、功率模

6、塊、通訊模塊以及各個接口電路的設(shè)計，重點介紹了幾個主要電路的設(shè)計和一些器件的選擇和參數(shù)的計算。在伺服系統(tǒng)軟件控制部分的設(shè)計中，則先討論了DSP的開發(fā)流程和本系統(tǒng)的軟件需求，然后設(shè)計了主程序和各個功能模塊子程序的流程圖，并根據(jù)流程圖針對每個模塊在CCS環(huán)境下利用C語言和匯編語言編寫了程序。
　　 在理論研究的基礎(chǔ)上，采用MATLAB7.1對反電動勢過零法，電流、轉(zhuǎn)速、位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)以及能量回饋系統(tǒng)模型進行了階躍響應(yīng)和伯德圖的仿真驗