基于DSP的交流伺服运动控制系统开发与研究

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在工业应用中交流伺服系统在高速度、高精度、免维护、高可靠性等性能指标上较直流伺服系统具有明显的优越性。伴随着电力电子技术和控制理论的发展,全数字交流伺服系统已成为现代工业制造领域运动控制系统的重要基础之一。本文结合新型工业机器人的开发应用,系统地研究基于DSP控制器的全数字交流伺服运动控制系统的仿真、设计与实现。   论文首先介绍了交流伺服控制系统的应用背景和国内外交流伺服控制技术的发展现状及发展趋势,详细阐述了交流电机的矢量控制原理,分析了永磁同步电机(PMSM)的结构特点,建立了PMSM的数学模型,选取基于id=0的转子磁场定向控制法(FOC),作为交流伺服系统矢量控制的基础。接着根据数学模型在MATLAB仿真环境下建立了PMSM矢量控制系统电流、速度、位置三环控制仿真模型,编写实现了转子磁场定向控制变换与控制仿真算法,并对三环控制典型特性进行了仿真,结果验证了控制算法的正确性。然后基于TI开发平台和具有浮点数处理功能的DSP控制器TMS320F28335,搭建了面向网络化伺服控制系统的硬件平台,配接键盘显示接口和连接上位机的CAN总线通信接口,开发了基本的控制与管理架构软件,实现了交流永磁同步电机的电流、速度和位置三环控制。文中给出了仿真算法模块的设计与模拟试验结果,详细论述了主要硬件电路的设计原理,给出了包括系统键盘显示管理程序、矢量控制算法、CAN通信程序等模块的软件设计与实现。系统可通过内部给定、键盘和通信给定分别实现位置和速度控制,运行调试结果验证了系统良好的控制性能,在功能上基本具备了支持机器人运动控制的特性。
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