农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计

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1、分类号TM301.2密级公开UDC621.3编号10299Z1307049专业学位硕士学位论文农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计ResearchandDesignofPermanentMagnetSynchronousMotorServoSystemforAgriculturalRobot指导教师姬伟作者姓名刘飞宇申请学位级别工程硕士专业名称控制工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席评阅人独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进

2、行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被

3、查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学硕士学位论文摘要我国正面临着人口老龄化趋势上升和农业劳动力不足日益突现的问题，因此，农业机器人在我国这个农业大国有着巨大的市场。尽管现在应用于农业机器人的电机驱动伺服控制技术已经十分成熟，但由于其工作环境及作业对象的特殊性

4、，目前所采用的封闭式控制系统制约着农业机器人的发展。设计开放式的应用于农业机器人的伺服控制系统显得尤为重要。论文以普遍应用于机器人驱动用交流永磁同步电机为研究目标，对基于DSP的电机控制系统设计与研制进行研究。主要研究内容如下：首先，概要地介绍课题的背景和意义，分析了当前国内外交流伺服技术的研究现状以及发展趋势。通过分析永磁同步电机结构，建立电机在dq坐标系下的数学模型，在选用i0控制作为矢量控制策略的基础上，设计永磁同步电机伺服系统的三闭环控制结构。d其中，电流环采用PI控制；在速度环控制中引入目标值滤波器型二自由度PID控制方法，

5、并对二自由度PID控制器的设计方法及其实现方案做了详细介绍；设计基于滑模变结构的伺服系统位置环控制器。其次，完成了基于DSP的交流永磁同步电机伺服控制系统的总体方案设计和软、硬件设计。建立以TMS320F2812为核心的永磁同步电机控制系统的硬件平台，主要包括DSP控制板、功率驱动模块、信号检测与调理模块、电源四部分，并完成对DSP控制板的最小系统、其外围扩展电路，功率驱动模块的三相逆变器电路、驱动电路、整流滤波电路以及隔离保护电路，信号检测与调理模块的电流检测电路、电压检测电路和位置以及速度检测电路的设计。同时，介绍了系统软件的整体结

6、构和设计思想，并详细介绍主程序、中断服务程序和主要功能子程序设计流程，如PWM生成设置、位置与速度计算、电流采用、2-DOFPID控制算法流程、PI控制算法流程。最后，在硬件实验平台上对PMSM伺服控制系统的软件进行调试。给出了调试过程和实验结果，获得的实验波形结果显示，该伺服控制系统具有较好的控制精度，良好的动、静态性能，较大的低速转矩和较宽的调速范围，为后续的研究奠定了必要的基础。关键词：永磁同步电机；矢量控制；伺服控制；数字信号处理器；I农业机器人用永磁同步电机伺服系统研究与设计ABSTRACTChina,ahugeagricul

7、turalcountry,hasalargemarketforagriculturalrobots,duetothepro-blemofanagingpopulationandshortageofagriculturallaborforce.Despitethefactthatmotordriveservocontroltechnologyappliedtotheagriculturalrobotisadvance,developingagricultu-alrobotisconfrontedwithmanyrestrictionsun

8、derclosed-endcontrolsystembecauseofthespe-cificityoftheirworkingenvironmentandobjects.Thedesignofopened