基于MCU的三相永磁同步电机位置伺服控制系统设计

位置伺服控制系统是一种先进的电机驱动技术，它结合了高运算能力的控制芯片与电机控制技术，尤其在国内交流伺服电机技术逐渐成熟后，这种系统因其高效、节能和良好的可移植性，成为了现代电机伺服驱动系统的发展趋势。本文以中山大学硕士研究生周云霞的研究为例，她的硕士学位论文专注于基于MCU（微控制器）的交流永磁电机位置伺服控制系统的研发。 研究的核心是利用三相永磁同步电机的物理模型，通过坐标变换将问题转换到d-q旋转坐标系，从而构建出能够实现Ia=0矢量控制的控制策略。这套全数字控制系统的硬件部分，选用了瑞萨公司的Tiny系列电机控制专用芯片M30262F8，以及三菱公司的第三代IPM模块PS21564作为功率驱动，这显著简化了电路设计，降低了系统体积，提升了系统的可靠性和稳定性。电流传感器负责监测三相定子绕组电流，而增量式磁性编码器则用于精确测量永磁转子的位置，同时，一种快速的转子初始检测方法也被巧妙地设计出来。 在软件设计上，作者运用了结构化C语言和单片机M16C汇编语言的混合编程，优化了单片机的初始化、三环控制以及电流跟随型PWM（脉宽调制）控制过程，确保了系统的实时性和效率。控制系统采用了经典的PID控制和简单模糊控制相结合的"串联校正"闭环控制策略，这不仅提升了系统的响应速度，还增强了其抗干扰能力。此外，文中还深入探讨了模糊PID控制策略，并介绍了SPWM（正弦脉宽调制）、SVPWM（空间矢量脉宽调制）和跟随型PWM调制等技术。 通过实验验证，所设计的伺服控制系统成功实现了电机的启动、调速和定位功能，达到了预期的性能指标。关键词包括伺服系统、单片机、三相永磁同步电机和矢量控制，这些都是该研究的关键技术和应用领域。这项工作对于推动我国电机伺服控制技术的发展，特别是在工业自动化和精密机械控制中的应用具有重要意义。