STM32驱动的高性能PMSM控制系统设计：模型预测与优化

基于STM32的永磁同步电机控制系统设计与实现是一篇针对专业学位硕士研究生的学位论文，主要研究内容聚焦于高性能永磁同步电机（PMSM）的控制系统设计。PMSM作为一种广泛应用的电机，因其诸多优点如体积小、重量轻、高功率密度和强转矩输出等，在工业生产、农业机械、家用电器、交通系统、轻纺工业及机器人控制等领域显示出显著优势。研究PMSM控制系统的重要性在于提升其性能，以适应不断发展的技术需求。 本文的核心是采用STM32F103微处理器作为控制核心，目标是验证模型预测控制算法的实际效能。首先，作者回顾了国内外PMSM调速控制系统的研究背景和当前进展，概述了PMSM的控制策略，通过对几种常见矢量控制策略的分析，最终选择了id=0的控制方式。作者还构建了PMSM在不同坐标系下的数学模型，并利用仿真软件创建了矢量控制系统模型，以便于理论研究和实际应用。 针对PMSM矢量控制系统存在的问题，如比例积分控制器参数固定、控制精度受电机设定参数影响和转速超调大，论文提出了在电流环中引入模型预测控制策略。论文详细探讨了单矢量和双矢量模型预测控制在约束状态下以及如何解决空间矢量覆盖不全的问题，进而发展出一种优化的三矢量模型预测控制方法。通过SIMULINK搭建的仿真模型结果显示，优化后的系统在直流和交流电流波形方面表现优异，控制精度高，动态性能优良，能有效提升系统的运行效率。 论文的实践部分，作者设计并实现了基于STM32F103的PMSM调速控制系统，涵盖了硬件电路设计（包括主控芯片电路、功率驱动电路、电流采样电路、控制电源电路和通信接口电路）以及软件设计（主程序和中断服务程序）。通过实验验证，所设计的系统稳定可靠，证明了所提出的控制算法的优越性。论文总结为一篇应用研究型的文章，强调了模型预测控制在PMSM控制中的有效性，以及STM32F103在实际应用中的关键作用。