开题报告(永磁同步伺服电机控制系统设计与实现).doc

PAGE PAGE 6 本科毕业设计开题报告 题目：基于嵌入式系统的永磁同步伺服电机控制系统设计与实现 作者姓名 张伟博 指导教师 孙 明 轩 所在院系 信息工程学院 专业班级 电气0702 完成日期 2011.03 基于嵌入式系统的永磁同步伺服电机控制系统设计与实现 1.课题研究的目的和意义 研制高性能的永磁同步电动机伺服系统是机电工作者所面临的一项重要任务。伺服技术是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床[1]、工业机器人[2]等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此，研究并制造高性能、高可靠性的电伺服系统有着十分重要的现实意义[3]。 2.本课题国内外的研究历史和现状 最早对永磁同步电机的研究主要集中在固定频率供电的永磁同步电机运行特性方面，尤其是对稳态特性和直接起动性能方面的研究。从80年代开始，国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行研究。逆变器供电的永磁同步电机[5]与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。无阻尼绕组可以防止永磁材料温度上升，使电机力矩惯量比上升，电机脉动力矩降低等优点。在逆变器供电情况下，永磁同步电机的原有特性将会受到影响，其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点 G．R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法，设计出了高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电动机，使永磁同步电动机伺服驱动性能得到了提高。D．Nuanin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制[4]系统，采用16位单片机8097作为控制器，实现高精度、高动态响应的全数字控制。永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器大多采用比例积分(N)控制。N控制器具有结构简单、性能良好，对被控制对象参数变化不敏感等优点。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能。N．Matsui，J．H．1ang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电动机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电动机参数发生变化时保持良好的性能。通过对电动机参数变化进行在线辨识，并运用辨识的参数对调速系统进行控制，也能够提高控制系统的鲁棒性。B．K．Bose等人一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了很好的研究成果。与此同时，国外一些著名的公司，如日本的FANUC、安川、富士通、松下，美国的AB公司、科尔摩根公司，德国的西门子公司，法国的BBC公司、韩国三星公司等不断推出交流伺服驱动产品。 随着DSP技术的飞速发展，永磁同步伺服系统的数字化[6]正在快速地进行着。天津大学、华中科技大学、沈阳工业大学等研究了单片机或DSP构成的全数字交流伺服系统，采用预测控制和空间矢量控制技术，改善电流控制性能和系统响应精度，并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用，不仅使系统获得高精度、高可靠性，还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。在国外各大公司相继推出相关产品后，我国的高校和科研院所也开始研究并推出交流伺服系统，如华中理工大学、北京机床研究所、西安微电动机研究所、中科院沈阳自动化研究所、兰州电动机厂等。其中，最为可喜的是，由广州数控生产的DR98全数字式交流伺服驱动装置，由高原数控烟台公司生产的GY一2000系列数字化交流伺服驱动器在我国的高精度数控伺服驱动行业已经打开局面，打破了外国公司垄断的格局,开创了民族品牌新纪元。 3.课题研究的内容以及拟解决的关键问题 3.1.课题内容 本课题的主要内容是： （1）掌握永磁同步伺服电机控制系统的基本原理[7-8]，了解伺服电机的驱动电路。 （2）掌握与伺服电机驱动器ELMO相配套的开发软件及其程序设计方法。 （3）了解TMS320F2812微处理器芯片的硬件结构及相应的外设硬件电路设计方法、熟悉相应的DSP编程语言以及程序设计方法。熟悉CCS3.1集成开发环境，并能灵活使用该开发环境软件编写系统控制程序。 （4）掌握学习matlab的使用方法，通过最小二乘法来辨别系统的参数，并使用matlab对系统进行建模，仿真。 （5）了解滑模控制和重复控制的基本原理及控制方法，并针对研究对象设计控制器。 （6）完成基于SEED-DEC2812 开发板和ELMO驱动器的永磁同步伺服电机的位置环控制，并给出实验结果。 3.2.拟解决的关键问题 （1）掌握控制器的设计方法，例如永磁同步电机的位置闭环反馈控制设计方法，给出实验结果。 （2）熟练掌握TMS320F2812的编程语言，及其设计方法，了解