精品永磁同步电机控制系统设计与开发硬件部分设计.docx
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精品永磁同步电机控制系统设计与开发硬件部分设计
永磁同步电机控制系统设计与开发(硬件部分设计)
摘要随着微型计算机和电力电子技术的飞速发展,各种高精度控制技术得到了长足的进步。
永磁同步电机作为一种新型的电机,以其优良的性能,被广泛运用于各种伺服控制系统中.本文设计了一款永磁同步电机控制器,可满足2kW的永磁同步电机驱动,并且具有速度环。
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摘要〈br/〉
随着微型计算机和电力电子技术的飞速发展,各种高精度控制技术得到了长足的进步。
永磁同步电机作为一种新型的电机,以其优良的性能,被广泛运用于各种伺服控制系统中。
本文设计了一款永磁同步电机控制器,可满足2kW的永磁同步电机驱动,并且具有速度环、位置环、电流环三环调节控制能力,可以运用于各种大功率家电产品和小功率工业产品中.〈br/〉
永磁同步电机控制器设计是基于控制矢量控制原理,使用交-直—交的电路拓扑结构.整个控制系统硬件实物分为控制板和驱动板两个部分,控制板以美国微芯公司的dsPIC33FJ64MC706微控制器为核心,负责整个电机控制系统的信息采集、数据处理、指令控制和人机交互等功能;驱动板以三菱公司的PS智能功率驱动模块为核心,完成单项交流220V电源到电机需要的三相电源的逆变功能。
设计中采用AltiumDesigner作为工具软件,完成了从原理图绘制到PCB绘制。
在电路设计时,综合考虑了电磁兼容和电磁干扰,采用控制板和驱动板分离设计,并且在控制板和驱动板之间的信号传输采用高速光耦隔离,真正实现了控制与电机驱动的电气隔离.考虑到各种器件的发热情况,系统采用散热片等措施,保障系统工作的稳定性。
〈br/>
关键词:
永磁同步电机控制系统,数字信号控制器(DSC),空间矢量控制,有源滤波器,交流伺服系统
ABSTRACT〈br/>
Withtherapiddevelopmentofmicro-computersandpowerelectrontechnology,varioushighdegreeofaccuracycontroltechnologyhasmadegreatprogress.Permanentmagnetsynchronousmotor,asanewkindofmotoriswidelyusedinavarietyofservocontrolsystemsbecauseofits
excellentability。
Thispaperdesignsapermanentmagnetsynchronousmotorcontrollertomeetthe2kWofpermanentmagnetsynchronousmotordrive,andtherearespeedloop,positionloop,currentloop,theregulationcontrolabilityofthosethreeloopscanbeusedindifferentkindsofhigh—powerappliancesandlow-powerindustrialproducts。
〈br/>
 ; Permanentmagnetsynchronousmotorcontroller’sdesignisbasedonthecontrolofvectorcontroltheory,usingtheAC—DC-ACcircuittopologystructure。
Thewholecontrolsystemhardwareisdividedintotwoparts,whicharecontrolpanelanddriverboard。
ControlpaneltakestheU。
S。
Microchipcompany’sdsPIC33FJ64MC706microcontrollerasitscore,isresponsiblefortheentiremotorcontrolsystem’sfunctions,suchasinformationcollection,dataprocessing,commandcontrolandhuman—computerinteraction,andsoon;driverboardtakestheMitsubishiPSintelligentpowermoduleasitscore,performsthethree-phasepowerinverterfunction,whensingleexchange220VACpowerchangestomotor。
〈br/>
论文以面装转子稀土永磁同步电机作为控制对象,采用低精度360线正交编码器作为位置传感器,在满足系统控制指标需求的同时降低了产品方案的成本。
本文详细阐述了设计的以高性能DSC作为主控芯片的控制电路和以智能功率模块PS作为主功率器件的逆变电路.本次设计的系统中,还充分考虑了各种功能模块的电磁兼容和电磁干扰特性,通过引入合理的滤波电路、隔离电路等功能电路,使硬件电路系统达到了较高的可靠性和稳定性。
〈br/>
在本次设计中,通过对永磁同步电机和相关电力电子器件的研究和了解,深刻了解了永磁同步电机控制系统的研究现状和应用前景。
并且在实际工程背景的指引下,系统的学习了实际工程开发的流程,和相关注意事项。
在实际的制造过程中,把以前学习的理论知识进行了复习,并且把理论联系了实践,更加深了对理论知识的理解。
3.3。
2永磁同步电机控制系统的组成   23〈br/〉
3。
4控制板电路 ; 23
3.4.1微控制器介绍   23〈br/>
3。
4.2为控制器外围电路 ;  25〈br/>
3.4.3电流反馈信号调理电路 ;  ;26〈br/〉
3。
4.4UART通信电路   27
3.4.5光码盘及霍尔信号接口电路  ; ;28〈br/>
3。
4。
6控制板与驱动板接口电路 ;  ;29
3。
5驱动板电路 ;  ;29〈br/〉
3.5.1功率驱动芯片介绍   29
3.5。
2功率驱动电路 ;  30
3。
5.3光耦隔离电路   31
3.5。
4交流电源处理电路  ; ;32〈br/>
3。
5。
5交流电源监测电路 ;  32〈br/>
3.5.6 ;电源泄放电路   ;33〈br/〉
第三章 软件设计介绍   34
4.1系统软件设计开发平台   34〈br/〉
4.2系统主程序软件   ;34
4.3 PWM中断子程序  35
第五章测试数据及其分析 ;  37
5。
1单元电路测试 ;  ;37〈br/〉
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 ;〈/p〉
其内容包括刚结排架、柱、屋架、托架、吊车梁、制动桁架、辅助桁架、抗风柱、抗风桁架、柱间支撑以及节点连接等计算。
并附有柱、吊车梁及屋盖平面布置图以及柱子安装节点图、吊车梁施工图和屋架图。
厂房的设计参数如下:
厂房跨度37m
柱子间距排架柱的间距为12m(每6m设有墙架柱),山墙抗风柱间距为
6m
屋架间距6m(设有跨度为12m的托架)
屋面结构采用1.5m×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板(无檩体系)
上层吊车设有两台Q=200t/30t重级工作制吊车
上层吊车轨高27。
54m
下层吊车设有两台50t/20t轻级工作制吊车
下层吊车轨高18。
54m
基本风压30kg/㎡
基本雪压50kg/㎡
使用钢材除吊车梁采用Q345钢(16Mn)外,其它构件均为Q235
墙面材料采用1.2m×6m×0.16m厚的钢筋混凝土空心墙板
〈pclass=’Lyu258’〉
文件组成及目录0cm0cm0pt"〉〈SPANstyle=”FONT—FAMILY:
宋体;mso—ascii—font-family:
’TimesNewRoman’;mso—hansi-font-family:
'TimesNewRoman’"〉正文(共〈/SPAN>88〈/SPAN〉〈SPANstyle=”FONT-FAMILY:
宋体;mso-ascii-font-family:
’TimesNewRoman';mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman'">页)、CAD宋体;mso—ascii-font-family:
'TimesNewRoman’;mso-hansi—font—family:
'TimesNewRoman’”〉图纸(共〈/SPAN〉14〈/SPAN>〈SPANstyle=”FONT-FAMILY:
宋体;mso—ascii—font-family:
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’TimesNewRoman’"〉张〈/SPAN〉A3〈/SPAN〉宋体;mso-ascii-font—family:
'TimesNewRoman';mso—hansi-font—family:
'TimesNewRoman’”>图纸)
〈pclass=MsoNormalstyle="MARGIN:
0cm0cm0pt”〉宋体;mso-ascii—font-family:
'TimesNewRoman’;mso—hansi-font—family:
’TimesNew
Roman'”〉目录及介绍〈/p>
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt”〉〈SPANlang=EN—US〉1
宋体;mso-ascii-font-family:
'TimesNewRoman';mso—hansi-font-family:
'TimesNewRoman’">刚结排架计算〈/SPAN〉〈/p〉
0cm0cm0pt"〉2〈/SPAN〉宋体;mso-ascii-font-family:
'TimesNewRoman’;mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman'">钢柱计算〈/SPAN>
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt">〈SPANlang=EN—US>3〈/SPAN〉宋体;mso—ascii—font—family:
'TimesNewRoman';mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman'”>下层吊车梁系统计算
0cm0cm0pt”>宋体;mso-ascii—font—family:
’TimesNewRoman';mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman'"〉与柱钢接的〈/SPAN〉〈?
xml:
namespaceprefix=st1ns=”urn:
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smarttags"/>chmetcnvw:
st=”on”TCSC="0"NumberType="1"Negative=”False”HasSpace=”False"SourceValue="36”UnitName=”m">〈SPANlang=EN—US〉36m〈/st1:
chmetcnv>〈SPANstyle=”FONT—FAMILY:
宋体;mso-ascii-font—family:
'TimesNewRoman';mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman'”>屋架计算
〈pclass=MsoNormalstyle="MARGIN:
0cm0cm0pt”〉〈st1:
chmetcnvw:
st="on"TCSC="0"NumberType="1"Negative="False”HasSpace="False”SourceValue=”5。
12"UnitName="m”〉5。
12m〈/SPAN〉
chmetcnv>〈SPANstyle=”FONT-FAMILY:
宋体;mso—ascii—font—family:
'TimesNewRoman';mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman’”〉托架计算
0cm0cm0pt”〉6〈/SPAN〉〈SPANstyle=”FONT—FAMILY:
宋体;mso—ascii—font—family:
’TimesNewRoman';mso-hansi-font—family:
’TimesNewRoman’">墙架结构计算〈/SPAN〉
〈/p>
0cm0cm0pt"〉〈SPANlang=EN—US>7
宋体;mso—ascii-font—family:
’TimesNewRoman';mso—hansi—font—family:
'TimesNewRoman’”>柱间支撑计算
〈pclass=MsoNormalstyle="MARGIN:
0cm0cm0pt”>8〈SPANstyle=”FONT—FAMILY:
宋体;mso-ascii—font—family:
'TimesNewRoman';mso-hansi—font-family:
’TimesNewRoman’”>基础计算〈/SPAN〉0cm0cm0pt”>〈SPANstyle=”FONT—FAMILY:
宋体;
mso-ascii-font—family:
’TimesNewRoman’;mso-hansi—font—family:
’TimesNewRoman’”>根据上述对柱子的强度和稳定性的计算结果〈/SPAN>
0cm0cm0pt”〉宋体;mso-ascii-font—family:
'TimesNewRoman';mso—hansi—font—family:
’TimesNewRoman'"〉附表1
宋体;mso-ascii-font—family:
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’TimesNewRoman’"〉-〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt">〈SPANstyle=”FONT-FAMILY:
宋体;mso-ascii—font—family:
'TimesNewRoman’;mso-hansi-font—family:
'TimesNewRoman’”>附表宋体;mso—ascii-font-family:
'TimesNewRoman’;mso—hansi—font—family:
’TimesNewRoman’">-
0cm0cm0pt”>宋体;mso—ascii—font—family:
'TimesNewRoman’;mso-hansi—font-family:
’TimesNewRoman'">杆件截面选择表
〈pclass=MsoNormalstyle="MARGIN:
0cm0cm0pt”〉〈SPANlang=EN-US>p> ;
p>〈/SPAN>〈pclass=’Lyu258’〉〈/p〉
0cm0cm0pt">CAD宋体;mso-ascii-font-family:
'TimesNewRoman’;mso—hansi-font—family:
'TimesNewRoman’”〉图纸(共〈/SPAN〉14宋体;mso-ascii—font-family:
'TimesNewRoman';mso—hansi—font—family:
’TimesNewRoman'">张〈SPANlang=EN—US〉A3宋体;mso-ascii—font—family:
'TimesNewRoman';mso-hansi-font—family:
’TimesNewRoman'"〉)
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt">〈SPANstyle="FONT-FAMILY:
宋体;mso-ascii-font-family:
’TimesNewRoman’;mso—hansi—font—family:
’TimesNewRoman’”〉安装施工说明书
〈pclass=MsoNormalstyle="MARGIN:
0cm0cm0pt"〉〈SPANstyle=”FONT-FAMILY:
宋体;mso—ascii—font-family:
’TimesNewRoman’;mso—hansi-font—family:
'TimesNewRoman'”>剖面
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt"〉宋体;mso-ascii—font—family:
'TimesNewRoman';mso—hansi-font-family:
’TimesNewRoman’"〉吊车梁
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt”>〈SPANstyle="FONT-FAMILY:
宋体;
mso-ascii-font—family:
'TimesNewRoman’;mso—hansi—font-family:
’TimesNewRoman'”>基础布置图〈fontcolor='#9a9a9a’〉
〈pclass=MsoNormalstyle=”MARGIN:
0cm0cm0pt">宋体;mso—ascii-font-family:
’