标题: 以DSP实现永磁式交流马达之控制参数自动调整与极点配置控制设计
Implementation of a DSP-Based Auto-tuning and Pole-Placement Design for Permanent Magnet AC Motors
作者: 王清稳
Ching-Wan Wang
徐保罗
Pau-Lo Hsu
电控工程研究所
关键字: 数位化伺服马达控制器;参数自动调整;永磁式同步马达;数位讯号处理器;极点配置控制设计;学习自动机;pole-placement;DSP-Based;Auto-tuning;Permanent Magnet Synchronous Motor;learning automata method
公开日期: 1999
摘要: 本文使用德州仪器 (TI) 公司所研发生产的数位讯号处理器 (DSP) TMS320F240来实现一个数位化伺服马达控制器。所采用的马达为具有光学编码器与霍尔感测器的永磁式同步马达。在伺服控制回路的规划上则是以位置和速度回路为系统的外回路,电流回路和向量控制则为系统的内回路。在速度回路部分,采用比例积分 (PI) 控制器,利用学习自动机方法对PI控制器的参数进行调整,并利用个人电脑与串列通讯埠 (RS-232) 实现线上即时参数自动调整,使得系统达到最佳化的效能。在位置回路部分,利用多项式技巧以一个简单且容易快速实行的IIR格式转移函数来实现pole-placement设计,改善了传统的比例 (P) 控制器无法有效的提升系统响应系统频宽不足的缺点,明显地提高了响应速度。
在硬体制作部分,本文采用德州仪器公司的TMS320F243这颗DSP当作控制晶片,配合复杂型可规划逻辑晶片 (CPLD) 以及SRAM,研制出一个数位马达控制板,使得交流伺服马达控制器的发展朝向更轻巧化、更具有可靠性以及富弹性的目标前进。在人机介面部分,完成了一套以视窗为基础的监控系统,提供一个快速且简便的实验学习环境。
A digital servo control system using a digital signal processor (DSP) chip TMS320F240 produced by TI company is presented in this paper. A Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) with photo-encoder and Hall sensor is used. In the part of servo control loop, the system uses position and speed regulations as the system outer loop, and the current regulation with vector control is used as the inner loop. In the part of velocity loop, the proportional and integral (PI) closed-loop control is employed, and the controller parameters are tuned by the learning automata method. The controller and the host PC have RS-232 interface for on-line tuning to achieve the system optimal performance. In position loop, an efficient implementation of pole-placement design using a polynomial equations approach in IIR format is proposed to improve the position control loop performance.
In hardware design, a TMS320F243-based DSP servo controller has been developed. Main components in the digital motor control board (DMCB) include DSP (TMS320F243), CPLD, and SRAM. The developed system has reached compact size, flexibility, and high reliability. In human-interface, a window based supervisory control system is developed to support an easy experimental environment.
1.1 研究动机与目的 1
1.2 研究背景与发展概况 3
1.3 研究方法与系统描述 4
1.4 论文架构 5
第二章 交流伺服马达之原理与向量控制 6
2.1 永磁式交流伺服马达之数学模型 6
2.2 座标转换 9
2.3 交流伺服马达之向量控制 14
2.3.1 转子初始角度之估测 15
2.3.2 反积分终结器 16
2.3.3 弱磁控制 18
第三章 速度回路控制参数自动调整 21
3.1 自动学习机方法 21
3.2 线上自动参数调整之实现 24
第四章 以多项式实现Pole-Placement设计 30
4.1 状态观测器 30
4.2 包含状态观测器之伺服系统 31
4.3 多项式技巧 35
4.4 模拟结果 36
第五章 交流伺服向量控制之DSP实现 51
5.1 实验系统之硬体架构 51
5.1.1 数位马达控制板之制作 52
5.2 TMS320F240之简介 55
5.3 伺服回路之数值实现 61
5.3.1 定点DSP数值表示法 63
5.3.2 电流与速度精度 66
第六章 实验结果 69
6.1 反积分终结器与弱磁控制之实验结果 69
6.2 位置回路之系统判别 69
6.3 速度回路控制参数自动调整之实验结果与分析 76
6.4 以多项式实现Pole-Placement设计之实验结果 84
第七章 结论 91
参考文献 92
URI: http://140.113.39.130/cdrfb3/record/nctu/#NT880591061
http://hdl.handle.net/11536/66294
显示于类别:Thesis