dsp的永磁同步电机控制系统硬件设计(附件)
本论文针对永磁同步电机控制系统的硬件设计进行设计并进行仿真分析，具体开展工作如下所示首先对课题背景和意义、永磁同步电机的研究现状和发展趋势、永磁同步电机的分类和优点进行了综述，讨论了永磁同步电机的控制方法。接着介绍了交流伺服系统的组成和原理，分析了永磁同步电机的物理结构和数学模型，阐述了永磁同步电机的矢量控制方法。然后在分析永磁同步电机电流跟踪滞环比较矢量控制技术的基础上， 在Matlab/Simulink中建立了系统电流跟踪滞环比较控制仿真模型，得到了相关仿真波形，验证了所设计的系统的相关性能。最后对基于DSP2407的永磁同步电机矢量控制系统硬件电路进行了设计，包括控制电路、功率驱动电路、保护电路、信号检测电路、串口通信电路、键盘及显示电路保护电路等硬件电路，着重设计了系统功率驱动电路，绘制了系统功率驱动电路原理图和PCB图，给出了系统软件主程序流程图。关键词永磁同步电机，矢量控制，MATLAB仿真分析，硬件设计。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究意义 1
1.2 永磁同步电机的研究现状与发展趋势 1
1.3 永磁同步电机的分类和特点 2
1.4 永磁同步电机控制方法 2
1.5 课题的研究内容和工作安排 3
2 永磁同步电机转子磁场矢量控制原理 3
2.1 交流伺服系统简介 3
2.2 永磁同步电机的基本结构 4
2.3 永磁同步电机数学模型 4
2.4 永磁同步电机的矢量控制方法 8
2.5 本章小结 10
3 永磁同步电机伺服系统的MATLAB仿真分析 10
3.1 MATLAB简介 10
3.2 永磁同步电机的建模 11
3.3 永磁同步电机矢量控制 PWM 技术分析 12
3.4 本章小结 15
4 PMSM伺服系统硬件设计 15
4.1 基于DSP2407的永磁同步电机矢量控制系统设计 15
4.2 控制电路设计 16
4.3 功率驱动电路设计 17
4.4 信号检测电路设计 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
4.5 保护电路设计 23
4.6 串口通信电路设计 25
4.7 键盘及显示电路 25
4.8 系统软件程序介绍 26
总 结 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 绪论
1.1 课题研究意义
在电机的发展中，直流电机、异步电机都具有一些缺陷从而不能满足现代工业迅速发展的要求。对于直流电机而言，其转子换向需要电刷和换向器，这就导致转子需要时常维修；然而异步电机具有调速性能差，电功率因数与其他类型电机相比很低；永磁同步交流电机克服了异步电机电功率低的缺点，转子无需外设换向，同时具备良好的控制性能因此有研究意义[1]。永磁同步交流电机的出现，促进了伺服控制系统的进一步，另一研究意义在于传感器技术、永磁材料的不断推陈出新，使永磁同步电机配备更优异的控制系统，性能在上一个台阶的可能大大增加。
其次，永磁电机的转子是永磁体，我国稀土资源十分丰富，这是我国发展永磁同步电机的优势。永磁电机用稀土材料替代励磁绕组，产生稳定的磁场，由于技术的进步，永磁材料性能不断提高，价格下降，对永磁同步电机的研究变得更成熟，交流伺服驱动系统在大规模集成电路制造方面可以得到更加广泛的应用。永磁体的应用，让永磁电机性能进一步提高，可以得到满足不同场合下的电机调速系统。
伺服系统通过控制被控对象来达到生产生活要求，被广泛应用于生产生活的诸多领域。因为伺服系统一开始开发程度不高，满足不了当时工厂的需要。在20世纪中期，电气伺服系统出现了，并且因其卓越的优点受到市场欢迎。在后期，大功率电力电子器件的出现，其展现出了更出色的性能，交流伺服系统进一步得到推广[2]。
发达国家对以同步电机的研究起步早，起初给同步电机提供一定频率的电压从而达到研究电机稳定特性的目的，在这之后，将研究重点转移到用逆变器供电的同步电机及调速性能，与前者相比，结构基本不变，后者多数无阻尼绕组。在20世纪后期，我国电机控制芯片的研发技术越来越成熟，但在更高级的领域，西方发达国家实行技术封锁。突破技术封锁，注重伺服控制技术的开发，并转移到实际应用方面，是接下来的任务。
1.2 永磁同步电机的研究现状与发展趋势
永磁同步电机以永磁体替代激磁绕组，结构相对简单，永磁电机应用于交流变频调速系统。20世纪后期，稀土材料的研究取得了突破性的进展，当新型永磁材料的出现时，其矫顽磁力大，价格适当，因此打破了电机在模型构造、设计方案方面的僵局，以永磁体替代激磁绕组，使电机的性能得以满足工业的发展，从而促进了同步电机的发展。
电机带动负载，在运行中，若使用普通电机，技术、经济不合理，根据负载的特性设计电机，电机性能更好。不同的负载，其特性不同，所以要设计出运行可靠的稀土永磁电机是研究者的重心。
交流伺服系统会有以下的发展趋势[3]：
网络化：工厂自动化的发展，前沿的机器添加预测性维护技术，根据生产生活需要来设计伺服系统，其次它与因特网连接，参照最新的参数来规避不必要的故障。
智能化：在科技爆炸的时代，工业化水平不断提高，实现设备的智能化需求也越来越明显。伺服系统控制被控对象来达到工业化要求，实现其智能化是不可避免的。世界范围内，发达国家设计生产的伺服系统很多单元都实现了智能化，其表现为：具有良好的通信接口，上位机可以更好的修改参数；运行中发生错误时可以对错误进行分析检测，使维护工作变得简单。
（3）数据化：大数据的发展，伺服驱动必然实现数字化。
（4）高效化：工厂生产的需求日益增加需要设备性能的升级，所以伺服系统在可靠性和精度方面需进一步加强。
1.3 永磁同步电机的分类和特点
永磁同步电机分类：
分类依据：
电机类型：
转子磁钢几何形状
正弦型永磁同步电机、梯形波永磁同步电机
转子位置
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究意义 1
1.2 永磁同步电机的研究现状与发展趋势 1
1.3 永磁同步电机的分类和特点 2
1.4 永磁同步电机控制方法 2
1.5 课题的研究内容和工作安排 3
2 永磁同步电机转子磁场矢量控制原理 3
2.1 交流伺服系统简介 3
2.2 永磁同步电机的基本结构 4
2.3 永磁同步电机数学模型 4
2.4 永磁同步电机的矢量控制方法 8
2.5 本章小结 10
3 永磁同步电机伺服系统的MATLAB仿真分析 10
3.1 MATLAB简介 10
3.2 永磁同步电机的建模 11
3.3 永磁同步电机矢量控制 PWM 技术分析 12
3.4 本章小结 15
4 PMSM伺服系统硬件设计 15
4.1 基于DSP2407的永磁同步电机矢量控制系统设计 15
4.2 控制电路设计 16
4.3 功率驱动电路设计 17
4.4 信号检测电路设计 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
4.5 保护电路设计 23
4.6 串口通信电路设计 25
4.7 键盘及显示电路 25
4.8 系统软件程序介绍 26
总 结 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 绪论
1.1 课题研究意义
在电机的发展中，直流电机、异步电机都具有一些缺陷从而不能满足现代工业迅速发展的要求。对于直流电机而言，其转子换向需要电刷和换向器，这就导致转子需要时常维修；然而异步电机具有调速性能差，电功率因数与其他类型电机相比很低；永磁同步交流电机克服了异步电机电功率低的缺点，转子无需外设换向，同时具备良好的控制性能因此有研究意义[1]。永磁同步交流电机的出现，促进了伺服控制系统的进一步，另一研究意义在于传感器技术、永磁材料的不断推陈出新，使永磁同步电机配备更优异的控制系统，性能在上一个台阶的可能大大增加。
其次，永磁电机的转子是永磁体，我国稀土资源十分丰富，这是我国发展永磁同步电机的优势。永磁电机用稀土材料替代励磁绕组，产生稳定的磁场，由于技术的进步，永磁材料性能不断提高，价格下降，对永磁同步电机的研究变得更成熟，交流伺服驱动系统在大规模集成电路制造方面可以得到更加广泛的应用。永磁体的应用，让永磁电机性能进一步提高，可以得到满足不同场合下的电机调速系统。
伺服系统通过控制被控对象来达到生产生活要求，被广泛应用于生产生活的诸多领域。因为伺服系统一开始开发程度不高，满足不了当时工厂的需要。在20世纪中期，电气伺服系统出现了，并且因其卓越的优点受到市场欢迎。在后期，大功率电力电子器件的出现，其展现出了更出色的性能，交流伺服系统进一步得到推广[2]。
发达国家对以同步电机的研究起步早，起初给同步电机提供一定频率的电压从而达到研究电机稳定特性的目的，在这之后，将研究重点转移到用逆变器供电的同步电机及调速性能，与前者相比，结构基本不变，后者多数无阻尼绕组。在20世纪后期，我国电机控制芯片的研发技术越来越成熟，但在更高级的领域，西方发达国家实行技术封锁。突破技术封锁，注重伺服控制技术的开发，并转移到实际应用方面，是接下来的任务。
1.2 永磁同步电机的研究现状与发展趋势
永磁同步电机以永磁体替代激磁绕组，结构相对简单，永磁电机应用于交流变频调速系统。20世纪后期，稀土材料的研究取得了突破性的进展，当新型永磁材料的出现时，其矫顽磁力大，价格适当，因此打破了电机在模型构造、设计方案方面的僵局，以永磁体替代激磁绕组，使电机的性能得以满足工业的发展，从而促进了同步电机的发展。
电机带动负载，在运行中，若使用普通电机，技术、经济不合理，根据负载的特性设计电机，电机性能更好。不同的负载，其特性不同，所以要设计出运行可靠的稀土永磁电机是研究者的重心。
交流伺服系统会有以下的发展趋势[3]：
网络化：工厂自动化的发展，前沿的机器添加预测性维护技术，根据生产生活需要来设计伺服系统，其次它与因特网连接，参照最新的参数来规避不必要的故障。
智能化：在科技爆炸的时代，工业化水平不断提高，实现设备的智能化需求也越来越明显。伺服系统控制被控对象来达到工业化要求，实现其智能化是不可避免的。世界范围内，发达国家设计生产的伺服系统很多单元都实现了智能化，其表现为：具有良好的通信接口，上位机可以更好的修改参数；运行中发生错误时可以对错误进行分析检测，使维护工作变得简单。
（3）数据化：大数据的发展，伺服驱动必然实现数字化。
（4）高效化：工厂生产的需求日益增加需要设备性能的升级，所以伺服系统在可靠性和精度方面需进一步加强。
1.3 永磁同步电机的分类和特点
永磁同步电机分类：
分类依据：
电机类型：
转子磁钢几何形状
正弦型永磁同步电机、梯形波永磁同步电机
转子位置
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