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永磁同步电机伺服系统及工件台上位机软件设计

作　者: 韩乃莉
导　师: 强盛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 永磁同步电机 空间矢量脉宽调制 滑模控制
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


交流伺服系统在传动领域的发展日新月异,已经成为工业自动化不可缺少的组成部分,永磁同步电机以其独有的优点已经成为交流伺服系统最常用的执行元件之一。本文以转子磁场定向矢量控制为基础,对永磁同步电动机伺服系统的设计进行了深入的研究。其中包括以下几个方面的内容。首先探讨了永磁同步电机的结构,基于三种坐标系之间的转换,建立了永磁同步电机在坐标系中的数学模型,为控制方案的选择打下了基础。之后阐明了矢量控制的原理,进一步分析了id = 0的矢量控制,指出永磁同步电机的id = 0控制是一种矢量解耦控制,可以实现转矩的线性化控制,达到直流电机的控制效果。空间矢量脉宽调制技术(SVPWM )具有对直流电压利用率高、算法较容易实现、易于实现数字化等优点,已经成为交流电机控制中最常用的方法之一。本文对电压空间矢量脉宽调制技术的理论和算法实现做了详细的阐述和推导,在此基础上建立了仿真模型。为了保证系统的稳定性,采用三闭环位置控制结构。用两种方法进行了伺服系统的控制器设计。首先使用经典的PID控制设计了系统的电流环、速度环以及位置环控制器,电流环和速度环采用PI控制器,位置环采用P控制器。其次研究了滑模变结构控制器的原理及设计方法,分别设计了速度环和位置环的滑模变结构控制器。在此基础上利用MATLAB/Simulink软件建立了系统的仿真模型,首先搭建了SVPWM的模型,叙述了其实现的计算过程和子模块的组成。在SVPWM方式下,构建了整个系统,分别对电流环、速度环、位置环不同控制器进行了仿真,得到了仿真波形,验证了系统设计的可行性和正确性,证明了滑模变结构控制可以提高系统在参数变化和干扰作用下的控制精度,并且具有较强的鲁棒性。文章最后分析了工件台上位机软件的主要功能,并且在VC++的基础上进行了简单的界面设计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 光刻机的研究现状  8-9
    1.2.2 工件台的研究现状  9-10
  1.3 课题的主要研究内容  10-16
    1.3.1 上位机界面设计  10-11
    1.3.2 辅助伺服系统的研究  11-16
第2章 永磁同步电机数学模型及控制策略  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 永磁同步电机的数学模型  16-21
    2.2.1 永磁同步电机的结构  16-17
    2.2.2 数学模型的建立  17-21
  2.3 永磁同步电机的控制策略  21-28
    2.3.1 控制策略选择  21
    2.3.2 矢量控制理论  21-24
    2.3.3 空间矢量调制（SVPWM）原理  24-28
  2.4 本章小结  28-30
第3章 伺服系统控制策略  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 经典PID 控制器设计  30-34
    3.2.1 电流环PI 控制器设计  31-33
    3.2.2 速度环PI 控制器设计  33-34
    3.2.3 位置环比例（P）控制器设计  34
  3.3 滑模变结构控制器设计  34-41
    3.3.1 滑模变结构控制基本概念  35-38
    3.3.2 滑模变结构控制器设计  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 伺服系统的仿真与分析  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 永磁同步伺服系统仿真模型的建立  42-49
    4.2.1 坐标变换模块  43
    4.2.2 SVPWM 模块  43-48
    4.2.3 PMSM 矢量控制仿真模型  48-49
  4.3 电流环的仿真与分析  49-50
  4.4 速度环的仿真与分析  50-51
    4.4.1 速度环PI 控制器  50
    4.4.2 速度环滑模变结构控制器  50-51
    4.4.3 仿真结果  51
  4.5 位置环的仿真与分析  51-56
    4.5.1 经典PID 控制器  51-53
    4.5.2 速度环滑模变结构控制器，位置环P 控制器  53-54
    4.5.3 速度环PI 控制器，位置环滑模控制器  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章 上位机界面设计  57-63
  5.1 引言  57
  5.2 上位机功能  57-58
  5.3 控制分析软件开发工具选择  58-59
  5.4 界面设计  59-62
  5.5 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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