基于DSP的三相混合式步进电机驱动系统设计

武汉理工大学硕士学位论文基于DSP的三相混合步进电机驱动系统设计名称：张超申请学位等级：硕士专业：控制理论和控制工程讲师：张丽燕20090501武汉理工大学硕士学位论文摘要步进电机是工业控制中广泛使用的电机，具有成本低、驱动电路简单的优点。随着高速微处理器的发展，电机控制技术向所有数字化的方向发展。本文以三相混合步进电动机为控制对象，针对运行中出现的低频振荡和跳动问题，设计了以数字信号处理器(D S P)为核心的所有数字三相混合步进电动机驱动系统。本文分析了三相混合步进电动机的基本结构和运行特性，利用步进电动机和交流永磁同步电动机(P M S M)的相似性，忽略步进电动机的一些非线性因素，从三个坐标系中获得了机电方程，建立了基于两相旋转坐标系(d-q)的数学模型。然后分析了步进电动机的不同驱动方式，重点介绍了电流细分驱动器对提高步进电动机性能的作用。利用三相混合步进电动机的电压空间矢量驱动方式(S V P w M)和电流细分驱动的相似性进行了详细分析。最后进行了系统硬件和软件的设计与仿真。硬件设计包括主要以电源驱动为核心的主电路和以T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7为核心的控制电路的设计。软件设计主要包括系统主程序和中断服务子程序的设计。结合电机的数学模型，在M a t l a b /S I m u l I n k下建立了系统模拟图，对不同细分条件下定子相电流、转子步进角度进行了系统模拟。仿真表明，使用S V P W M细分空间磁电位不仅提高了混合步进电动机的启动频率，还降低了低频振动和噪声，提高了系统的电压利用率，使电动机运行相对平稳。关键字：步进电动机、电压空间矢量、细分驱动器、 D S P武汉理工大学硕士学位论文a b S t R a c t S t e P I n GM o t o ri so n ek I n do ft h em o S tw I d e l Yus e DM o R si nt h ef I e l do f I n d S t R I a LC o n t R o l， w h I c hh a ST h ea d v a n t a n t a g EO fl o WC o s ta n ds I m p ed R I v I n GS y s t e m . w I t ht h ed e v e l o p m e n to FH I g hs p e DM I c R o p e s s s o R s， m o t o rd r I v I n gi s m o v I n g t o w a r D ST h ed r e c t I o no ff u l yd I g I t a lt h I SD I s e r t a t I o nd e s s s a t I o nd e s s af u l y D I g I t a l h r e-p h a s eh y b r I ds t e p I n GM o t o r(h b)d r I v I n GS y s t e m，W h I c HB a s e d o nd I g I t a ls I g n a l s x p r o c e s o rt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7。 t OS l o v et h ev I b r a t I o na n dn o I S eofh y b r I d S t e p p I n GM o t o r a TL o wfr e q e n c y . f I r S t l y、 t h I SD I s e r t a t I O na n a y e ST h EB a s I cs t r u c t a r n dr u n I n I n GC h a c t e r I co f t es t e p I n GM O t O r . w I t h es I m I l a r I t Yb e t w e nt h es t e P P I n GM o t o ra n dt h EP e r M e n e n t M a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r(P M S M)、 t h I SD I s e r t a t a t I o ng I v e ST h ee l e c t r o m e c h a n I c a l a t I o n d e rt h e d e r e n TC o r d e n TC o r d s e n TC o r d s e n t ea X e sb YIG n o r I n gt h en o n o l I n e a RF a C t o r so f t o r so f t h em o t o le v e ne s t a b l s s a nm a t h e m a t I C a lm o d e Lu n d e rd-q C o r d I n a t ea x e s . f r t h e RM o r e， t h I SD I s e r t a t I o na l y z e SD I f e n tk I n d so FD r I v I n GM e t h o d s、 e m p h a s s e ST h en e c e s e s e s I t yo ft h EC u r e n ts u b d I v I s I o nd r I v I n gt oi m p r o v et h EP e r m a n c e o ft h es t e p I n GM o t o r w I t ht h es I m I l a r I t Yb e t W e nt h EC u r e n ts u b d I V I S I o na n dt h e V o l t a g es P a c ev e c t o RP u l S Em o d u l a t I o n(S V P W M)、 t h I SD I s e r t a t I o na l y z et h e p r a c t I c EO fs v p w mo nt h r e e . p h a s eh b r I ds t e p p I n GM o t ri nd e t a I l . F I n a l l y， t h I SD I s e r t a t I o nd e s I g n ST h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r EO ft h I SD r I n GS y s t e m a n ds I u l a t e ST h I SD r I v s y s y s t s t e s t h I SD r I v I n GS y s t e m . t h ed e s I g no FH a r d w a r ei n c l u e ST h ed e s I g no f m a I NC I r c u I ta n DC o n t o r LC I r u I t、 w h I c hh A v et h EC o r EO FP e rd r y n ga n DP r o c e s o r t m $ 3 2 0 l f 2 4 0 7 r e s p e c t I v e l y . t h ed e s I g no fs o f t w A r ei n c l u d e ST h ed e s I g no FM a I n p r o c e u r ea n dt h ei n t e r u p t e ds e r v I c EP r o c e d u r e . a c o r d n gt ot h Em o d e le s t a b l s h e d a b o v e， w EC a ns e tu pas I m u l a t I o ng r a p h I ci nm a t l a b/s I m u l I n k、 t h e nwec a ns I m u l a t e a n da n a l y z et h e p h a s EC u r e n t o fs t a t o ra n dt h e s t e pa n g eu n D e rd I f e n t s u b D I v I s I s I s I o n s I m u l a t I o ni n d I c a t et h a ts v p w m d r I v m e t h o dn o ni m r o v e t h es t a ni m r o v e t h es t a r t a n gf r e q d U c ya n dr e d U c ev I b r a t I o na n dn o I s EO fs t e p I n GM o t o lb u ta l s o I m p r o v et h ee f I c I e n c yo ft h ev o l t a g e . s ot h es t e p p I n GM o RC a ns t e a d y . k e yw o r d s:s t e p I n GM o r、 v o l t a g es p a c ev e c t o r，S u b d I v I S I o nd r I v I S o nd r I v I n g，d I g I t a l p r o c e s o r独创性主张4 2人声明提交的论文是在讲师的指导下进行的研究工作和研究结果。据我所知，除了文章中特别注明并表示感谢的地方外，论文中没有包含其他人已经发表或写的研究结果，或用于获得武汉理工学院或其他教育机构学位或证书的资料。和我一起工作的同志对本研究所的任何贡献，已经在论文中明确说明并表示了谢意。关于批准论文使用的说明本人完全理解武汉理工大学的预约，学位论文使用的条款。即，学校可以保存和发送论文副本，论文可以阅览和借给；学校可以发表全部或部分论文，也可以通过复印、缩小或其他复印手段保存论文。(解密机密论文后必须遵守此规定)签署：男性导师秘密廷日期：武汉理工大学硕士学位理论第一章介绍1。1主题研究的意义和目的步进电机是数字执行组件，具有成本低、控制容易、定位容易、步骤累计错误等优点，广泛应用于数控设备、绘图仪、机器人、印刷和包装设备等行业、军事和医疗自动化领域1 2 1。但是，步进电机在应用程序中有一些合同因素，如低速稳定性差、高速响应能力差、效率低、能耗等。步进电动机常用于开环控制，不检测转子位置和角速度，在运输过程中更容易产生步进和振动。此外，步进电动机不能直接连接到常规交流/直流电源，需要专用驱动器。步进电机和驱动器不可分割，因此在选择电机本体的情况下，驱动器的好坏将极大地影响整个系统的运行性能1 3 1。通过研究高性能步进电机驱动器，可以大大提高步进电机运行性能，对提高我国科技水平起到了一定的促进作用，扩大了步进电机应用领域。因此，高性能步进电机驱动器的研究和开发不仅具有实际意义，而且还开发了具有相当经济价值的1 4 J。本主题来自于rap和企业的合作项目，该项目使用1 1 0 B Y G 3 5 0 C的电动机模型，并具有三相混合步进电动机。双方达成的目标是，必须启动该马达的完整驱动系统，并满足性能要求。满足此驱动器系统要求的特定技术指标包括：(1)额定电压：2 2 0 V交流；(2)额定电流：5 a；(3)运营模式：长期；(4)扭矩输出：在一定频率范围内为常数(f 1 0k h z)；(5)细分文件：多个细分文件(最多2 5 6个细分)。1.2混合步进电动机及其驱动器的发展现状1.2.1混合步进电动机的开发和应用步进电动机是将电脉冲信号转换为角度位移或直线运动的执行机构，取决于武汉理工大学硕士学位论文本身的结构，但可分为永磁步进电动机(P M)、反应步进电动机(v R)和混合步进电动机(H B)三类。在这里，混合步进电动机设计为低速永磁同步电动机，同时具有永磁和反应式的优点，是业界应用最广的1 5 J。混合步进电动机一般为两相、三相、五等。两相系统结构简单，成本低，但缺点是分辨率不高，启动频率不高，振动频繁，噪音大，运行不顺畅。虽然五相系统在上述几个方面比二相系统有了很大的提高，但由于相数太多，所以通常成本更高。随着步进技术的发展，基于电流控制技术的微步驱动技术的成熟，分辨率提高不再依赖于相位数的增加，五相系统的应用范围也越来