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江苏科技大学 攻读硕士学位研究生论文 开 题 报 告 学科、专业：电力电子与电力传动 姓 名： 研 究 方 向：基于DSP的交流伺服 驱动器研究 指 导 教 师： 研究生类别： 全日制研究生 填表时间: 2007 年 11 月 2 1 日 基于DSP的交流伺服驱动器研究 一、本课题研究的意义 伺服驱动系统是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床、工业机器人等自动化装备中。随着现代工业生产规模的不断扩大，各个行业对伺服系统的需求日益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驱动系统是工业先进国家竞相努力的一个目标，有着十分重要的现实意义。 随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的快速发展，尤其是先进控制策略的成功应用，基于数字控制己成为伺服驱动控制的发展方向，而高性能数字信号处理器DSP和功率电子器件的发展为伺服控制的全数字化实现提供了条件。交流伺服驱动系统的研究和应用，已具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，交流伺服驱动系统的研究将继续成为电气传动领域的一个研究热点，并将带动相关产业的迅猛发展。 交流伺服驱动技术是研制开发各种先进的机电一体化设备的关键性技术，目前我国高性能数控机床和工业机器人所采用的电机伺服系统仍然主要依靠进口，这种现状限制了我国高科技产业的发展。因此，通过借鉴国外研究工作的先进经验，从高起点出发，尽早研制出具有当今国际水平的高性能、实用化的交流伺服驱动系统，对于促进我国航空、航天、国防及工业自动化等领域的发展，跟踪和赶上世界先进水平均有重要意义。 二、本课题的研究现状及发展趋势 2.1 研究现状 伺服驱动器的发展与伺服电动机的发展相适应，主要依赖于电力电子器件、微电子技术的发展。电力电子器件是组成大功率电子装置的核心，对整个装置的性能、体积、重量和价格的影响非常大。目前电力电子器件IGBT成为伺服驱动器的首选功率开关器件，使伺服驱动器PWM开关频率提高到1OKHZ 以上，从而实现了伺服驱动器的高频化，提高了系统的响应速度，而且对降低电动机噪声、减小转矩脉动极为有利，在性能上获得较大的改善。 电力电子器件的应用难点在于设计合理的驱动和保护电路，新一代的智能功率模块(IPM)是集功率器件IGBT、驱动电路、检测电路和保护电路于一体，实现过流、短路、过热、欠压保护，模块包含三相桥逆变器，从而使装置体积缩小，可靠性提高。微处理器的应用把伺服驱动器推向数字化的发展新阶段，使伺服驱动器的实现手段发生了根本性变化。微处理器基本上满足高性能交流伺服驱动的需要，但由于市场的原因，价格比较昂贵。 九十年代初，DSP开始在交流伺服系统中出现，主要有TI公司的TMS32O系列、MOTOROLA公司的68000系列以及NEC公司的PD7720系列等等。DSP是一种高速的微处理器，其最大特点就是运算速度非常快，它比目前的16/32位微处理器的运算速度至少快一个数量级，而且它内部也集成了足够丰富的外设模块。因此，具有很强运算处理能力的DSP能满足电流环的实时控制的高要求。 2.2发展趋势 根据目前国内外的研究及使用状况，可归纳出以下几种发展趋势: (l)交流化 从对伺服电动机的控制来看，交流伺服驱动系统的优势明显，随着微电子技术的迅速发展，新一代高性能微处理器的不断推出，加速了交流伺服取代直流伺服的进程。 (2)全数字化 DSP的出现为伺服驱动系统的全数字化奠定了基础。全数字化的突出特点是软件伺服，从而大大增强了系统的柔性。具体来说，全数字伺服系统具有以下的优点: A.能明显地降低驱动系统硬件成本。根据目前微电子技术的发展趋势，速度更快、功能更新的微处理器不断涌现，硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、能耗小是其共同的优点。 B.硬件电路采用了集成电路和大规模集成电路，可靠性比较高。 C.易于通用化，可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，而软件可以模块化设计，以构成适用于不同应用对象的控制算法，满足不同的用途。 D.采用微处理器的数字控制，使信息双向传递能力大大增强，提高分级控制能力，使系统趋于智能化。 (3)智能化 现代控制理论的发展与应用弥补了经典控制理论对时变、非线性、随机性系统无能为力的缺陷，对不确定、非线性等复杂问题，提出了自适应、变结构、鲁棒控制等控制策略。这些控制方法大大提高了系统的鲁棒性，与经典控制理论结合起来，已被广泛采用。计算机科学与工程的迅速发展，微机的广泛使用，使得许多控制算法和直觉推理得以实现，因此，智能化在交流伺服驱动系统中的应用必将