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本文首先介绍了永磁同步电动机矢量控制的实现原理,根据设计的矢量控制系统结构框图,运用Matlab软件对dq旋转坐标系下,id = 0的转子磁场定向的控制方式的矢量控制系统进行仿真。根据控制系统的结构框图构建矢量控制器的硬件系统和软件系统,详细讨论了硬件系统和软件系统的各部分实现方式,并且设计完成硬件系统,软件系统方面编写了完整的实现矢量控制的程序源代码。对硬件、软件系统进行调试,最终完成PMSM伺服系统的开发。
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永磁同步电机伺服系统开发设计方案

1
摘要: 本文首先介绍了永磁同步电动机矢量控制的实现原理,根据设计的矢量
控制系统结构框图,运用 Matlab 软件对 dq 旋转坐标系下,i
d
= 0 的转子磁场定向的控制
方式的矢量控制系统进行仿真。根据控制系统的结构框图构建矢量控制器的硬件系统和
软件系统,详细讨论了硬件系统和软件系统的各部分实现方式,并且设计完成硬件系统,
软件系统方面编写了完整的实现矢量控制的程序源代码。对硬件、软件系统进行调试,
最终完成 PMSM 伺服系统的开发。
关键词:永磁同步电动机 矢量控制
SVPWM

2
Abstract: At first, this paper introduces the basic theory of the permanent magnet
synchronous motor (PMSM) vector control system. On the basis of vector control system
structure diagram, this paper builds a simulation model of the vector control system which is
based on the DQ rotating coordinate , i
d
= 0 and the rotor field orientation control mode, using
Matlab software. According to the structure diagram of vector control system, this paper
constructs hardware system and software system of the vector controller, and discusses the
realization of every parts of them, completes the design of the hardware system, and writes
the all the source codes of the control system. At last, it texts the hardware system and
software system, and finally completes the developments of the PMSM servo control system.
Key words: PMSM Vector control SVPWM

3
目录
摘要................................................................................................................................................................. 1
Abstract............................................................................................................................................................2
一 绪论......................................................................................................................................................... 4
1 永磁同步电动机伺服控制系统的研究背景...................................................................................4
2 永磁同步电动机矢量控制系统的发展状况及前景.......................................................................4
3 研究的目的及其意义....................................................................................................................... 5
二 系统方案与实现..................................................................................................................................... 7
1 系统方案........................................................................................................................................... 7
2 功能与指标....................................................................................................................................... 7
3 实现原理........................................................................................................................................... 8
4 控制系统的设计与仿真................................................................................................................. 17
5 硬件设计......................................................................................................................................... 33
6 软件设计......................................................................................................................................... 37
三 系统测试与结果分析........................................................................................................................... 44
1 系统测试方案................................................................................................................................. 44
2 测试设备......................................................................................................................................... 49
3 测试数据......................................................................................................................................... 49
4 结果分析......................................................................................................................................... 53
四 全文总结............................................................................................................................................... 56
1 结论................................................................................................................................................. 56
2 工作展望......................................................................................................................................... 56
五 致谢....................................................................................................................................................... 58
六 附录....................................................................................................................................................... 59
1 主要源代码和程序清单................................................................................................................. 59
2 系统电路图..................................................................................................................................... 59
参考文献....................................................................................................................................................... 60

4
一 绪论
1 永磁同步电动机伺服控制系统的研究背景
80
年代,价格相对较低的钕铁硼出现后,稀土永磁的优异磁性能,加上电力电子器
件及微机控制技术的快速发展,永磁同步电动机开始取代传统的电励磁同步电动机,而
且可以实现传统励磁机所无法实行的高运行性能。
90
年代以来,随着永磁材料性能的不
断提高和完善,特别是钕铁硼的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步下降及电力电
子器件的进一步发展,加上电机开发技术的不断成熟,永磁同步电动机得到越来越广泛
的应用。
随着永磁材料性能和电力电子器件性能价格比的不断提高,现代控制理论、微机控
制技术和电机制造工艺的迅猛发展,永磁同步电动机调速控制性能更加优异。随着电力
电子、电机制造技术的飞速发展,交流调速理论以及新型智能控制理论研究的不断深入,
永磁同步电机因具有体积小、重量轻、运行可靠、能量转换效率高、调速范围宽、动静
态特性好等优点而被广泛应用于机电一体化、机器人、航空航天等高科技伺服领域中。
因此,研究基于永磁同步电机的伺服系统及其相应的控制器具有重要的现实意义。因此,
大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机及其配套控制系统产品,十
分符合我国现阶段的国情,是贯彻现阶段国家“节能减排”政策的有力体现,对现代化建
设有着积极意义。
2 永磁同步电动机矢量控制系统的发展状况及前景
很早之前关于永磁同步电动机的研究主要是在永磁同步电动机运行性能方面
,
特别
是稳态性能和直接起动性能方面,且电机通常是由固定频率供电。随着80年代的到来,
外国开始研究由逆变器供电的永磁同步电动机。逆变器供电的永磁同步电动机与直接起
动的永磁同步电机具有相似的结构,但通常没有阻尼绕组。因为无阻尼绕组可减少永磁材
料
,
且具有提高电机力矩惯量比和降低电机脉动力矩等优点。逆变器供电不可避免地会对
永磁同步电动机的原有性能造成影响, 与恒定频率供电相比,电机的稳态特性和暂态特
性有不同的特点。
由于市场对调速系统的要求越来越严格,如快速的动态性能以及高效率, G.Slemon
等人提出了现代永磁同步电动机的设计方法
,
设计出了具有高效率、高力矩惯量比、高能
量密度特性的永磁同步电动机,很好地提高了永磁同步电动机伺服驱动性能。D.Nuanin
等开发了一种基于矢量控制策略的永磁同步电动机控制系统
,
系统以单片机
8097
为核心
控制器,实现了全数字控制,系统具有高精度、高动态响应的特点,使得永磁同步电动机
的控制更加完善。永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器通常采用比例积分控制。比
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