高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國防等各個領(lǐng)域。采用先進(jìn)控制策略和全數(shù)字控制技術(shù)的永磁同步電機伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術(shù)不斷進(jìn)步，同時市場對伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應(yīng)能力的要求也不斷提高。 本文從詳細(xì)分析了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調(diào)制技術(shù)，建立了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機伺服系統(tǒng)。針對伺服系統(tǒng)在運行過程中參數(shù)變化及負(fù)載擾動等問題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與矢量控制相結(jié)合，改進(jìn)了基于趨近率的單段滑模面變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結(jié)構(gòu)控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實驗系統(tǒng)平臺進(jìn)行了詳盡的仿真和實驗研究。結(jié)果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠有效應(yīng)用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標(biāo)簽： 滑模變結(jié)構(gòu) 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-18
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永磁同步電動機交流伺服系統(tǒng)作為交流伺服系統(tǒng)的主流，在工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個伺服系統(tǒng)的性能。因此，精心設(shè)計性能優(yōu)異的永磁同步伺服電動機具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本課題系統(tǒng)研究了永磁同步伺服電動機的本體設(shè)計，包括設(shè)計方法、性能計算、有限元分析、參數(shù)計算、控制仿真、實驗測試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動機的研究現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展前景，研究了永磁同步伺服電動機的設(shè)計特點和方法。開發(fā)了永磁同步伺服電動機的電磁計算程序，結(jié)合有限元計算數(shù)值的校正，完成對樣機的性能計算，計算結(jié)果較為準(zhǔn)確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動機的氣隙磁場，得到充磁方式、極弧系數(shù)、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對氣隙磁場的影響，繪制了各因素對氣隙磁場基波和諧波總量影響的曲線，通過優(yōu)化設(shè)計，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場。并拓展研究總結(jié)了不同永磁體形狀和尺寸對永磁直流電動機在換向和性能上的影響，取得有實用價值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動機的有限元分析模型，深入研究了電機的反電勢波形、穩(wěn)態(tài)運行性能和齒槽轉(zhuǎn)矩，計算了直、交軸同步電抗等重要參數(shù)。建立了永磁同步伺服電動機Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進(jìn)行了仿真研究。 最后，對永磁同步伺服電動機進(jìn)行了實驗測試和分析，包括反電勢波形與磁場波形測試、性能曲線測試、直交軸同步電抗的測量。對測試結(jié)果與設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了比較分析，驗證了設(shè)計方法的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對作為工業(yè)裝備重要驅(qū)動源之一的伺服系統(tǒng)的性能提出了越來越高的要求。永磁同步電機( PMSM)作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點，正得到越來越廣泛地應(yīng)用。要構(gòu)建高性能的伺服系統(tǒng)，好的伺服控制系統(tǒng)則必不可缺，本論文主要圍繞高性能的永磁同步電流伺服控制系統(tǒng)這一主題展開研究。 根據(jù)永磁同步電機的動態(tài)dq數(shù)學(xué)模型，從實現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制出發(fā)，對永磁同步電機的矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等控制策略進(jìn)行了比較分析。針對本伺服系統(tǒng)永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點，選用了具有線性控制轉(zhuǎn)矩特性，能獲得比較平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩輸出的基于轉(zhuǎn)子磁場定向的id=0的矢量控制策略，同時還介紹了該策略的重要組成部分空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，并在MATLAB仿真平臺對所選控制方案進(jìn)行了仿真研究。 對控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計，詳細(xì)分析了針對16位定點DSP控制器TMS320LF2407A的程序設(shè)計特點，建立了電機的標(biāo)幺值模型，解決了變量的定標(biāo)問題。并介紹了電機控制程序的總體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的詳細(xì)設(shè)計過程。 為實現(xiàn)高性能的伺服控制系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)輸出平滑的轉(zhuǎn)矩，本文還對電壓型PWM逆變器“死區(qū)效應(yīng)”引入的轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)行了分析，分析表明了在永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)中，由“死區(qū)效應(yīng)”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，并應(yīng)用一種實用的死區(qū)補償技術(shù)減小了轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能。 最后在伺服系統(tǒng)實驗平臺上對伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上做了大量的實驗研究，實驗結(jié)果表明系統(tǒng)性能可靠且擁有優(yōu)良的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 永磁同步電機 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-18
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伺服系統(tǒng)是一種輸出能夠快速而精確地響應(yīng)外部的輸入指令信號的控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)在工業(yè)控制和家用電氣、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對伺服設(shè)備的性能也提出了越來越高的要求。因此，研制高性能、高可靠性的交流伺服系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實意義。 在伺服領(lǐng)域，永磁同步電機在結(jié)構(gòu)特點和運行方式上具有比其它類型的傳統(tǒng)伺服電機更為優(yōu)秀的運行性能和更廣泛的適用范圍，被越來越多的應(yīng)用到交流伺服系統(tǒng)。以數(shù)字信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以永磁同步電機為執(zhí)行電機，采用高性能控制策略的全數(shù)字化永磁同步交流伺服控制系統(tǒng)必將成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。 本論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了磁場定向矢量控制理論，確定了id=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。本文采用TI公司生產(chǎn)的專門用于電機控制的數(shù)字信號控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作為控制系統(tǒng)核心處理芯片，設(shè)計了一套基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機伺服控制系統(tǒng)。論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計和調(diào)試，包括功率驅(qū)動電路，供電電路與電源電路以及傳感器電路等等。軟件開發(fā)均在TI的CCStudl02.2集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用匯編語言編寫，完成了主程序模塊和子程序模塊設(shè)計，實現(xiàn)了電流A/D采樣、模型切換、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)等功能，實現(xiàn)了位置、速度和電流雙閉環(huán)矢量控制，同時給出了主程序和各個子程序模塊的流程圖。 實驗結(jié)果表明，基于DSP實現(xiàn)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、速度超調(diào)小、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點，具有良好的動靜態(tài)特性以及較高的精度。基本達(dá)到了課題預(yù)期的效果，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-18
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交流伺服技術(shù)是研制開發(fā)各種先進(jìn)的機電一體化設(shè)備，如工業(yè)機器人、數(shù)控機床、加工中心等的關(guān)鍵性技術(shù)，但是要提高交流伺服系統(tǒng)的控制性能關(guān)鍵在于伺服控制器對電機動態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)的控制，要獲得良好的電機動、靜態(tài)性能關(guān)鍵在于伺服控制器的控制算法。為此，本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數(shù)整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關(guān)項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，掌握了系統(tǒng)構(gòu)成和基本控制原理，并分析了國內(nèi)交流伺服存在的問題，設(shè)計了基于TI公司電機數(shù)字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元；基于三菱公司智能化功率器件IPM設(shè)計了控制器的功率單元；以及電源單元和相關(guān)電路的保護(hù)單元。 基于電機矢量控制原理，構(gòu)建了永磁同步電機的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基礎(chǔ)上，根據(jù)模糊控制的基本原理，研究了應(yīng)用于電機控制的模糊參數(shù)自整定PID控制器設(shè)計原理，構(gòu)建模糊參數(shù)自整定PID控制器的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行該系統(tǒng)的仿真研究和實際應(yīng)用程序設(shè)計。 本文的重點是闡述模糊參數(shù)自整定PID控制器的設(shè)計原理和方法，利用基于模糊參數(shù)自整定PID控制器的交流伺服系統(tǒng)仿真模型，應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性，并與常規(guī)PID控制性能進(jìn)行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結(jié)果對比得出結(jié)論，模糊參數(shù)自整定PID控制器可以提高交流伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國內(nèi)交流伺服電機等硬件技術(shù)逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術(shù)相結(jié)合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設(shè)計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立轉(zhuǎn)矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅(qū)動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉(zhuǎn)子位置，并設(shè)計一種比較快速的轉(zhuǎn)子初始檢測方法。 軟件方面，采用結(jié)構(gòu)化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結(jié)合構(gòu)成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進(jìn)行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調(diào)速和定位等，并能達(dá)到系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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隨著現(xiàn)代電機技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，先前困擾著交流伺服系統(tǒng)的電機控制復(fù)雜、調(diào)速性能差等問題取得了突破性的進(jìn)展。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價格趨于合理。交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動領(lǐng)域成了現(xiàn)代伺服控制系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。由于感應(yīng)電機具有結(jié)構(gòu)堅固，制造容易，價格低廉等優(yōu)勢，因而感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景，代表了將來交流伺服技術(shù)的發(fā)展方向。 首先，本文結(jié)合大量的文獻(xiàn)資料，總結(jié)和分析了當(dāng)前交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了加強開發(fā)交流感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)的意義。 其次，深入研究了矢量控制的坐標(biāo)變換理論和交流感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)闡述了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理，建立其相應(yīng)的控制方程。結(jié)合空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理，提出了交流伺服系統(tǒng)的控制方案。 再次，本研究以DSP TMS320F2812A為核心控制單元，以一體化智能功率模塊(ASIPM)為功率電路主體，基于模塊化設(shè)計原則設(shè)計和實現(xiàn)了一臺軟、硬件結(jié)合的全數(shù)字化控制系統(tǒng)；并對設(shè)計中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了理論研究和實踐探索。 最后，對感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究。本文通過實驗分析，驗證了系統(tǒng)設(shè)計方案的有效性和可行性，并指出了系統(tǒng)進(jìn)一步的改進(jìn)方向。
標(biāo)簽： DSP 交流伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-01
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伺服電機原理與應(yīng)用 伺服電機原理與應(yīng)用.pdf
標(biāo)簽： 伺服電機
上傳時間： 2013-07-02
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在交流伺服系統(tǒng)中,永磁同步電動機(PMSM)作為執(zhí)行元件具有高效、節(jié)能、便于維修的特點,廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床的進(jìn)給伺服單元及機器人等需精確定位的裝置中.由于PMSM驅(qū)動系統(tǒng)受電機參數(shù)變化、外部負(fù)載擾動、對象未建模和非線性動態(tài)特性等不確定性的影響,因此,采用并發(fā)展先進(jìn)的控制技術(shù),不斷改善與提高位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)特性及對系統(tǒng)參數(shù)變化的自適應(yīng)性和抗干擾性是一個必然趨勢.該文對PMSM的控制機理和特性作了較為深入的分析;建立了PMSM的數(shù)學(xué)模型,并采用了id=0的矢量控制策略;對控制系統(tǒng)組成及控制方式作了分析和比較,在此基礎(chǔ)上建立了電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三閉環(huán)控制系統(tǒng),對作為反饋主回路的位置環(huán)采用了模糊CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法,該方法兼具模糊控制器的快速性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力;構(gòu)建了針對PMSM位置伺服系統(tǒng)的模糊CMAC控制器結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的算法;利用先進(jìn)的計算機仿真工具(Matlab下的Simulink)對所提出的控制策略進(jìn)行了數(shù)字仿真和分析;仿真和實驗結(jié)果表明本文所提出的控制策略對PMSM位置伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制具有良好的魯棒性能和快速性.該文首次提出將兼具快速性和自學(xué)習(xí)能力的模糊CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器應(yīng)用于PMSM位置伺服系統(tǒng)中,可以說該文為發(fā)展高性能PMSM位置伺服系統(tǒng)提供了充分的技術(shù)資料,也為今后進(jìn)一步提高其性能提出了新的思路和方法.
標(biāo)簽： CMAC PMSM 模糊 位置伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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這篇論文在系統(tǒng)分析國內(nèi)外雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選定以ARM為內(nèi)核的基于ARM+FPGA的雷達(dá)伺服控制器為研究對象。 首先，根據(jù)雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)功能要求與性能指標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計：選擇基于ARM920T的S3C2410和Altera公司的FPGA芯片EP1C12Q240作為主控芯片，ARM與FPGA的連接形式采用中斷+存儲器的形式；將ARM與FPGA上多余的引腳引出作為將來升級的需要；還畫出ARM+FPGA的雷達(dá)伺服控制器的系統(tǒng)圖并制作了PCB板。 其次，選用PID對伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，并利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對PID參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。用Matlab7.1進(jìn)行仿真，其結(jié)果表明：該控制算法對系統(tǒng)具有良好的控制效果，性能較常規(guī)PID得到較大改善。 最后，根據(jù)FPGA在伺服系統(tǒng)主要任務(wù)，用VHDL語言和原理圖在FPGA芯片中分別編制實現(xiàn)DAC0832接口控制功能、光電編碼器與脈沖發(fā)生電路的程序代碼；并在Quartus II6.0環(huán)境下通過仿真，且得到仿真的波形符合系統(tǒng)功能要求。采用C語言編寫在ARM中實現(xiàn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法的代碼，通過CodeWarrior for ARM的編譯無誤后，生成可執(zhí)行文件.axf,，調(diào)用AXD進(jìn)行在線仿真調(diào)試。仿真結(jié)果表明：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法對伺服系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效控制。 結(jié)果表明：ARM作為伺服控制器的內(nèi)核，其性價比與集成度高：用FPGA芯片實現(xiàn)接口電路使伺服控制器的可靠性高、速度快、可配置及連接方式靈活。因此采用基于ARM+FPGA的雷達(dá)伺服控制器，提高了系統(tǒng)的開放性、實時性、可靠性，降低了系統(tǒng)功耗，具有重要的應(yīng)用價值。
標(biāo)簽： ARMFPGA 雷達(dá) 伺服 制器設(shè)計
上傳時間： 2013-06-30
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