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电动执行机构伺服驱动系统开发

作　者: 邓灏
导　师: 陈家新
学　校: 东华大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 永磁同步电机 SVPWM 三闭环参数整定 无刷直流电机 电流滞环 电动执行机构
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


电动执行器是现代工业自动化过程控制中的重要设备,接收来自调节器的标准控制信号(数字量或模拟量信号)转换成相应的角位移或者直线位移输出,带动阀门等动作,达到对被调对象自动调节的目的。本文认真分析研究了国内外电动执行机构的研究现状,借助仿真工具分别尝试了以永磁同步电机和无刷直流电机为平台搭建电动执行机构的实验测试平台的可行性。首先,本文在建立起永磁同步电机数学模型的基础上,深入的研究了永磁同步电机的矢量控制的原理和常用控制策略。接着经过比较各种矢量控制策略的优缺点,确定了id=0的控制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)电压调制方法,对三闭环的控制系统进行了详尽分析和参数整定,完成了Matlab/Simulink的仿真模型。其次,对于无刷直流电机,通过分析其电特性及机械运动特性建立了数学模型,完成电机本体的构造,根据滞环PWM波形的生成方式,建立了无刷直流电机的控制系统仿真模型。通过比较两类电机的特性及成本,选定无刷直流电机搭建伺服驱动系统。在此基础上介绍了所设计的基于dsPIC30F4011的无刷直流电机电动执行机构控制系统,在硬件平台上对软件进行了系统调试,证明本控制系统的可行性。在论文的最后,对全文的工作做了总结,并提出了系统需要进一步完善的地方。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 电动执行机构的发展概况  9-11
    1.1.1 国内发展概况  9-10
    1.1.2 国外发展概况  10-11
  1.2 课题的目的及内容  11-12
    1.2.1 课题背景及意义  11-12
    1.2.2 本课题研究的内容  12
  1.3 论文的主要工作  12-14
第二章 永磁同步电机伺服系统数字仿真研究  14-38
  2.1 永磁同步电机的两相旋转坐标数学模型  14-19
    2.1.1 三相静止坐标的数学模型  15-16
    2.1.2 永磁同步电机的坐标变换  16-19
  2.2 PI调节参数设定  19-26
    2.2.1 磁场定向方式的选择  19-21
    2.2.2 电流环的分析和设计  21-23
    2.2.3 速度环的分析和设计  23-24
    2.2.4 位置环的分析和设计  24-26
  2.3 空间矢量调制技术(SVPWM)  26-32
    2.3.1 SVPWM基本介绍  26
    2.3.2 SVPWM法则推导  26-29
    2.3.3 SVPWM控制算法  29-32
  2.4 仿真数学模型的搭建  32-37
    2.4.1 MATLAB仿真软件介绍  32
    2.4.2 SVPWM模块的建立  32-35
    2.4.3 系统仿真结果与分析  35-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 无刷直流电机伺服系统数字仿真研究  38-50
  3.1 永磁无刷直流电机的数学模型  38-43
    2.1.1 电压方程  39-40
    3.1.2 电势方程  40-42
    3.1.3 转矩方程  42
    3.1.4 机械运动方程  42-43
  3.2 无刷直流电机交流伺服系统建模与仿真  43-49
    3.2.1 基于Matlab/Simulink电动执行机构交流伺服系统仿真模型的建立  43-48
    3.2.2 两两导通工作模式下的系统调速性能仿真结果分析  48-49
  3.3 本章小结  49-50
第四章 控制系统硬件电路的设计  50-57
  4.1 功率驱动电路  50
  4.2 DSP及周边电路  50-53
    4.2.1 主控芯片的选择  50-52
    4.2.2 DSP外围电路  52-53
  4.3 功率驱动模块  53-55
  4.4 检测电路  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章 无刷直流电机控制系统软件设计  57-63
  5.1 MpLAB集成开发环境(IDE)  57-58
  5.2 软件总体设计  58-60
  5.3 系统软件实时性分析  60-63
第六章 实验结果与分析  63-65
  6.1 引言  63
  6.2 实验结果分析  63-64
  6.3 结论  64-65
第七章 总结与展望  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士期间发表的论文  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 同步旋转及随动系统 > 伺服系统
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