永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)（硬件部分）
22838字 58頁
附錄中包括系統(tǒng)實物圖和中英文翻譯



摘 要
隨著微型計算機(jī)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種高精度控制技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。永磁同步電機(jī)作為一種新型的電機(jī)，以其優(yōu)良的性能，被廣泛運(yùn)用于各種伺服控制系統(tǒng)中。本文設(shè)計了一款永磁同步電機(jī)控制器，可滿足2kW的永磁同步電機(jī)驅(qū)動，并且具有速度環(huán)、位置環(huán)、電流環(huán)三環(huán)調(diào)節(jié)控制能力，可以運(yùn)用于各種大功率家電產(chǎn)品和小功率工業(yè)產(chǎn)品中。
永磁同步電機(jī)控制器設(shè)計是基于控制矢量控制原理，使用交-直-交的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個控制系統(tǒng)硬件實物分為控制板和驅(qū)動板兩個部分，控制板以美國微芯公司的dsPIC33FJ64MC706微控制器為核心，負(fù)責(zé)整個電機(jī)控制系統(tǒng)的信息采集、數(shù)據(jù)處理、指令控制和人機(jī)交互等功能；驅(qū)動板以三菱公司的PS21867智能功率驅(qū)動模塊為核心，完成單項交流220V電源到電機(jī)需要的三相電源的逆變功能。
設(shè)計中采用Altium Designer 作為工具軟件，完成了從原理圖繪制到PCB繪制。在電路設(shè)計時，綜合考慮了電磁兼容和電磁干擾，采用控制板和驅(qū)動板分離設(shè)計，并且在控制板和驅(qū)動板之間的信號傳輸采用高速光耦隔離，真正實現(xiàn)了控制與電機(jī)驅(qū)動的電氣隔離?？紤]到各種器件的發(fā)熱情況，系統(tǒng)采用散熱片等措施，保障系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)字信號控制器（DSC），空間矢量控制，有源濾波器，交流伺服系統(tǒng)


ABSTRACT
With the rapid development of micro-computers and power electron technology, various high degree of accuracy control technology has made great progress. Permanent magnet synchronous motor, as a new kind of motor is widely used in a variety of servo control systems because of its excellent ability. This paper designs a permanent magnet synchronous motor controller to meet the 2kW of permanent magnet synchronous motor drive, and there are speed loop, position loop, current loop, the regulation control ability of those three loops can be used in different kinds of high-power appliances and low-power industrial products.
Permanent magnet synchronous motor controller’s design is based on the control of vector control theory, using the AC - DC - AC circuit topology structure. The whole control system hardware is divided into two parts, which are control panel and driver board. Control panel takes the U.S. Microchip company's dsPIC33FJ64MC706 microcontroller as its core, is responsible for the entire motor control system’s functions, such as information collection, data processing, command control and human-computer interaction, and so on; driver board takes the Mitsubishi PS21867 intelligent power module as its core, performs the three-phase power inverter function, when single exchange 220V AC power changes to motor.
During the design, use Altium Designer as a tool to complete the schematic diagram and PCB drawing. In the circuit design, synthetically considering the electromagnetic compatibility and electromagnetic interference, use control panel and driver board to separately design, and use the high-speed coupler isolation in signal transmission between the control panel and driver board, truly realized the electrical control and motor drive’s isolation. In the radiator parts layout, taking into account the various components of the heating conditions, use heat sinks and other cooling measures to ensure the stability of system work.

Keywords: Permanent magnet synchronous motor control system, digital signal controller (DSC), space vector control, active filter, AC servo system


目 錄
第一章 引 言 1
1.1 選題背景 1
1.2 研究的目標(biāo)和意義 3
1.3 研究思路 5
1.3.1 系統(tǒng)分類 5
1.3.2 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng) 6
第二章 研究的理論基礎(chǔ) 9
2.1 永磁同步電機(jī)（PMSM）的數(shù)學(xué)模型 9
2.1.1 永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及種類 9
2.1.2 永磁同步電機(jī)的物理模型 10
2.1.3 永磁同步電機(jī)的等效電路 14
2.2 永磁同步電機(jī)控制原理 14
2.3 永磁同步電機(jī)的矢量控制原理和實現(xiàn) 16
第三章 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 21
3.1 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo) 21
3.2 ALTIUM DESIGNER SUMMER 08 介紹 21
3.3 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)硬件整體設(shè)計與分析 22
3.3.1 閉環(huán)運(yùn)動控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 22
3.3.2 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 23
3.4 控制板電路 23
3.4.1 微控制器介紹 23
3.4.2 為控制器外圍電路 25
3.4.3 電流反饋信號調(diào)理電路 26
3.4.4 UART通信電路 27
3.4.5 光碼盤及霍爾信號接口電路 28
3.4.6 控制板與驅(qū)動板接口電路 29
3.5 驅(qū)動板電路 29
3.5.1 功率驅(qū)動芯片介紹 29
3.5.2 功率驅(qū)動電路 30
3.5.3 光耦隔離電路 31
3.5.4 交流電源處理電路 32
3.5.5 交流電源監(jiān)測電路 32
3.5.6 電源泄放電路 33
第三章 軟件設(shè)計介紹 34
4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)平臺 34
4.2 系統(tǒng)主程序軟件 34
4.3 PWM中斷子程序 35
第五章 測試數(shù)據(jù)及其分析 37
5.1 單元電路測試 37
5.1.1 電流反饋信號調(diào)理電路測試 37
5.1.2 驅(qū)動板互補(bǔ)PWM空載測試 38
5.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試 41
5.3.1 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)界面簡介 41
5.3.2 電流環(huán)調(diào)試 42
5.3.3 速度環(huán)調(diào)試 43
第六章 結(jié)束語 44
6.1 研究總結(jié) 44
6.2 未來的研究方向及展望 44
參考文獻(xiàn) 46
致 謝 47
附錄 48



參考文獻(xiàn)
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