基于MCU的交流永磁电机位置伺服控制系统设计

“本文主要介绍了基于MCU（微控制器）设计的交流永磁电机位置伺服控制系统。该系统利用三相永磁同步电机的物理方程，通过坐标转换在d-q坐标系下进行扭矩控制，采用Ia=0的矢量控制策略。硬件上，选用瑞萨公司的M30262F8作为控制芯片，三菱公司的PS21564 IPM模块进行功率驱动。软件部分，结合C语言和M16C汇编语言实现控制算法，包括单片机初始化、三环控制和PWM控制，以及PID与模糊控制的串联校正。实验结果证明该系统能够有效实现电机的启动、调速和定位。” 在位置伺服控制系统中，MCU（微控制器单元）扮演着核心角色，它负责处理控制算法并驱动电机。本文详细探讨了基于MCU的交流永磁电机位置伺服控制，这种控制方式是现代电机伺服驱动系统的发展趋势，因为它结合了高性能的控制芯片和电机控制技术，具有高效、节能和良好的可移植性。 三相永磁同步电机的物理方程是控制系统的基础，通过坐标变换，如克拉克变换和帕克变换，将电机的定子电流和电压转换到d-q坐标系下，以便于分析和控制。在d-q坐标系下，可以更直观地处理转矩和磁链，采用Ia=0的矢量控制策略，可以实现对电机转矩的精确控制。 硬件设计中，选择了瑞萨公司的Tiny系列M30262F8芯片作为控制器，它专用于电机控制，能有效地执行控制算法。三菱公司的PS21564第三代IPM（绝缘栅双极晶体管）模块则用于功率驱动，简化了电路设计，减小了系统体积，同时提升了系统的可靠性和效率。此外，系统还配备了交流电流传感器来监测三相定子电流，以及增量式磁性编码器来检测永磁转子的位置，并且设计了一种快速的转子初始位置检测方法。 软件层面，结合C语言和M16C单片机汇编语言编程，实现了包括单片机初始化、速度、电流和位置的三环控制，以及电流跟随型PWM控制。为了提高控制性能，软件中采用了经典的PID控制与简单的模糊控制相结合的“串联校正”闭环系统，增强了系统的快速响应能力和抗干扰能力。同时，文中还介绍了SPWM、SVPWM和跟随型PWM调制技术，这些都是实现高效电机控制的关键。 实验验证表明，所设计的伺服控制系统成功实现了电机的启动、调速和精确定位，满足了系统的性能要求。关键词涉及伺服系统、单片机、三相永磁同步电机以及矢量控制技术，这些都是该领域的重要研究点。 这篇硕士学位论文深入探讨了基于MCU的交流永磁电机位置伺服控制系统的设计与实现，涵盖了硬件选型、软件编程、控制策略和实际应用等多个方面，对于理解与开发类似的伺服控制系统具有很高的参考价值。