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交流伺服控制系统在工业控制、家用电器等领域的应用日益广泛,对其性能的要求也越来越高。由于永磁同步电动机伺服系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度伺服控制,因此以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机、采用高性能控制策略的全数字化永磁同步交流伺服控制系统必将成为伺服控制系统发展的趋势。
由于交流同步电机多变量、强耦合、非线性的动态系统特征,以及运行时电机参数随温度的变化漂移、负载扰动等时变和不确定因素的存在,电机运动控制系统在动态特性数学模型的描述、控制系统的算法设计、计算机数字仿真研究,以及实时控制实验研究诸方面面临大量需要研究的课题。
本文展示了一种永磁同步电机伺服控制系统的设计方法,它采用TMS320F2812作为控制芯片,以转子磁场定向控制原理(FOC)作为控制算法,在基于MATLAB/CCS(Code Cornposer Studio)集成开发环境下,开展永磁同步电机(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)运动控制系统的研究,实现算法设计、系统建模、计算机数字仿真、DSP代码自动生成、被控对象联机调试、系统性能指标评估的无缝连接。
文中首先简单介绍了永磁同步电动机的结构和工作原理,分析了磁场定向矢量控制方法,建立了数学模型,提出了永磁同步电动机调速控制系统的控制方案;然后利用MATLAB、Sireulink、SimPowerSystem、Real-Time workspace构建数字仿真模型,给出仿真结果;进而构建硬件实验平台,并利用EmbeddedTarget for TI C2000 DSP工具箱和TI公司的CCS集成开发环境,实现DSP代码的自动生成,同时进行实时调试,给出了实验结果。
仿真和实验结果均证明了本文所采用的基于MATLAB/DSP集成开发环境的数字电机开发平台具有强大的生命力。