摘 要

随着科技的发展以及人工智能的兴起，作为传统行业的机械领域正面临着极大的挑战，不再一味的追求纯机械方面的创新，机电一体化已是大势所趋。而作为机电一体化的重要枢纽，电机已成为研究热点。经过长时间的发展，电机经历了不断地革新，永磁同步电机凭借其优越的性能，得到了广泛的应用，而这一切得益于对伺服驱动器的研究。

本文首先对伺服驱动器的背景做了一定介绍，然后通过建立永磁同步电机的数学模型，详细介绍了PMSM坐标变换原理及矢量控制原理。并通过滞环电流控制与PI电流控制两个方面讲解了控制过程应用。

然后以DSP数字信号处理芯片为基础，讲解了相关的控制算法及其实现。

最后，分析了速度环控制器的相关特性，提出了自己的改进方案，并通过MATLAB进行了仿真分析，并将其与传统方案进行了对比，验证了方案的可行性。

关键词：DSP；伺服驱动器；永磁同步电机；矢量控制；PI控制

Abstract

With the development of science and technology and the rise of artificial intelligence, the mechanical field as a traditional industry is facing great challenges. It is no longer blindly pursuing pure mechanical innovation, and mechatronics is the trend of the times. As an important hub of mechatronics, motors have become a research hotspot. After a long period of development, the motor has undergone continuous innovation, and the permanent magnet synchronous motor has been widely used due to its superior performance, all of which benefit from the research on the servo drive.

This paper first introduces the background of the servo drive, and then introduces the PMSM coordinate transformation principle and vector control principle by establishing the mathematical model of the permanent magnet synchronous motor. The control process application is explained by two aspects: hysteresis current control and PI current control.

Then based on the DSP digital signal processing chip, the related control algorithm and its implementation are explained.

Finally, the related characteristics of the speed loop controller are analyzed, and the improvement scheme is proposed. The simulation analysis is carried out by MATLAB, and compared with the traditional scheme, the feasibility of the scheme is verified.

Key words: DSP; servo drive; PMSM; vector control; PI control

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2伺服系统的发展阶段 1

1.3交流伺服驱动器的组成及发展 1

1.3.1交流伺服驱动器的组成 1

1.3.2交流伺服驱动器的发展 2

1.4本文的主要研究内容 2

第2章 矢量控制基本原理 4

2.1PMSM内部结构 4

2.2PMSM数学模型 5

2.2.1永磁同步电机坐标变换 7

2.2.2同步旋转坐标系下的数学模型 9

2.3PMSM矢量控制原理 9

2.4本章小结 10

第3章 系统软硬件设计 11

3.1系统硬件总体设计 11

3.2系统软件总体设计 11

3.3控制算法实现 12

3.4闭环控制算法设计 14

3.4.1速度环控制算法设计 14

3.4.2电流环控制算法设计 15

3.5SVPWM算法设计 16

3.6本章小结 18

第4章 基于带载启动的PMSM初始转子位置检测 20

4.1基于转子预定位的初始位置估计 20

4.1.1初始位置估计原理 20

4.1.2优缺点分析 21

4.2基于高频信号注入转子初始位置估计 22

4.2.1凸极PMSM数学模型 22

4.2.2优缺点分析 25

4.3初始位置检测的开闭环启动应用 26

4.3.1开环启动 26

4.3.2闭环启动 28

4.3.3开闭环启动 31

4.4本章小结 33

第5章 基于滑模控制器和转子初始位置检测的PMSM矢量控制 34

5.1滑模控制器设计 34

5.1.1基于趋近律的滑模控制器 34

5.1.2滑模控制器数学模型 35

5.2基于滑模控制器的仿真与对比分析 36

5.2.1仿真模型建立 36

5.2.2仿真结果分析 37

5.3本章小结 38

第6章 总结展望 39

致谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

1.1引言

随着科学技术的发展及生产力的提高，传统机械已经无法满足我们的社会生产需求，机电一体化已成为大势所趋。而电机作为传统机械与电气控制的桥梁，获得了社会范围内的极大重视。近年来，机器人技术，人工智能的兴起，更是为电机行业的发展带来了新的机遇。而伺服系统作为电机行业的高端产业，更是受到了很多研究人员的青睐，纷纷加入到其研究行列，使得伺服系统的研究越来越深入，并且很多研究成果已经应用于生产生活中，使我们受益匪浅。

1.2伺服系统的发展阶段

伺服系统从上世纪中期开始萌芽，逐渐发展壮大起来，从总体上看，可以划分为如下三个阶段：

上世纪五六十年代初期，此时，伺服系统刚刚起步，还不成熟，只有液压伺服驱动系统，由于其可靠性，在工业上得到了应用。液压伺服能够提供很大的驱动力矩，在大型设备上得到了广泛的应用。但由于效率低下，使用不方便，并没有推广开来。