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基于DSP的数控机床伺服驱动系统研究

本论文根据数控机床数控系统全数字化的时代要求，提出了一种基于DSP
(Digital51， alprocessing)的数控机床闭环伺服驱动系统，该系统可运行
SVPWM(spaceVectorpulseWidthModulate)和无速度传感器的DTC(nirect
TorqueControl)两种控制方式，并可进行数据采样直线和圆弧的基本插补。同
时对该系统进行了研究和实验，尤其是检测电流的滤波进行了仿真和实验，保
证了在DTC控制状态下的电流的高质量。确定用无速度传感器的DTC控制方
式优于SVPWM的方法。
本文从数控机床的组成、工作原理以及伺服驱动系统出发，从而构思出基
于DSP的数控机床闭环伺服驱动系统。伺服驱动系统采用的SVPWM理论和
无速度传感器直接转矩控制技术做了详细论述，主要是SVPWM技术中的调
制比和电压利用率的关系、矢量控制和直接转矩控制相结合的无速度传感器
DTC控制技术。
在此基础上，本文对该伺服驱动系统的硬件设计方面做了详细说明。基于
MOSFET管的电压型逆变器，驱动电路，滤波电路和传感器的选择，DSP外
围电路的设计等做了介绍。
鉴于DTC技术中检测电流在转速估算时起到了举足轻重的作用，本文对
由电流传感器检测回来的电流不仅做了硬件上的滤波，也应用了自适应陷波滤
波技术，并做了实验。由于自适应陷波滤波技术跟不上实时控制速度要求的不
现实性，于是采用了一种新的跟踪微分滤波器，并对其离散形式的理论形式做
了详述，在此式上为了能够很好地应用在伺服驱动系统上，做了相应的参数改
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.进，针对该新型滤波功能的性能做了一定的分析后，又对矢量控制和直接转矩
控制相结合的无速度传感器直接转矩控制方案中的速度估计策略提出了一种
新的相应的算法，且做了电机性能方面的讨论，并对该算法进行了仿真和实验，
得到了预期的效果。
本文对该系统的基于DSP的软件设计也做了说明，着重论述DTC、定子
磁场定向和转子磁场定向相结合的无速度传感器DTC速度估计算法DSP软件
实现，还对数控系统的基本插补算法的软件实现做了简单研究，主要包括数据
采样直线和割线法圆弧插补，并对两种SVPWM和无速度传感器DTC控制方
法所做的实验结果做了分析。
由于资金和时间的限制，该实验系统是一个研究型实验台，目的是为了用
实物来验证算法和滤波方案及其它相关方案是否可行，为今后的研究工作和产
品化打下一个良好的基础。
关键词:交流伺服驱动自适应陷波离散跟踪微分器TMS320LF2407A
插补
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ThestudyofCNCtoolservodrivesystem
based011DSP
SPeeialty:Meehanicalmanufactureandautomation
GraduatestudentCHENShan一ying SuPervisorLIYa一yUan
ThisPaPerbringsforwardacloselooPservodrivesystemofCNCmachine
toolbasedonDSp(DigitalSignalProcessing)， accordingtototheuPdaterequest
forall一 numeralcontr01systemofCNCmachinetool.Thesystemcanrunbytwo
controlmodewhiehareSVPWM(SpaeeVeetorPulseWidthModulate)andnon
sPeed一 sensorDTC(DireetToraueControl).Italsohasbasiealinterpolationsuchasdate
samPlinglinearandarcinterpolation.Meanwhilethesystem15studiedandtested.
ExPercialyfilteringmeasuredeurrent15emulatedandtakensomeexPeriments.The
studiedfilterwaymakessurethatthegainedcurrenthashighqualitywhenthe
system15runbyDTCmode.AnditalsoshowsthatthenonsPeed一 sensorDTC
mode15rnuehbetterthantheSVPWMone.
ThisPaPerfirstlyshowsbuilduP， workPrinciPleandservodrivesystemof
CNCmaehine.tool， thengetstheelose一 looPservodrivesystemofCNCmachine
toolbasedonDSP.ThesystemadoPtsbothSVPWMandDTCtheorywhichare
introducedindetail.ThetheoryineludestherelationofMIandusingrateofvoltage
inSVPWMmodeandthenonsPeed一 sensorDTCtechnologywhiehunitsboth
vetorconirolanddirecttorquecontrol.
Onthisbase， thisPaPermakesoutthehardwaredesignindetailaboutthe
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夕产
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servodrivesystem.ltexPlainshowtodesignthevoltagetyPeinverterbasedon
MOSFETtube， drivecircuit， outsidecircuitofDSPandfiltereircuit， andhowto
choosethevoitageandcurrentsensor.
BecauseofthegreatimPortanceofthecheekedcurrentinroughestimationof
rotaesPeed， thecurrentcheckedbycurrentsensornotonly15filteredbyhardware，
butalsofilteredbyadaPtivenotchfilter.EXPerimenitellsthattheadaPtivenotch
filter15notPracticalforitsfilternotkeePinguPwiththestePoftherealcurrent
wave.50itadoPtsanewtraekingdifferentiatorfilterwhosetheory15wrotedin
detail.Forgooduseintheservodrivesystem， severalParametersarechangedin
fonnulation.ItgivesanewarithmetieofvelocityinnonsPeed一 sensorDTC，after
analyzingthefunctionoftheTDfileter， andsimulatesandmakesexPerimentabout
thenewarithmetic， theresultsshowthatitbringstheexPectedgood.effect二
ThisPaPeralsogivesthedesiguofDSPsoftware.ltshowshowtocarryout
theDTCsPeedestimation.insoftware.Bascalinterpolationarithmetics15studied
simPly.lttellshowtocanyoutthedat6samPlinglinearandsecantingarc
inierpolatonsinsoftware.Atlast， itanalysisstheexPeriments’ resultsaboutbooth
SVPWMandDTCmodes
Limitedbythefundandtime， theexPerimentsystem15astudiedone， itamisat
ifthesystem15useful， anditgivesagoodeonditiontoitsunbornstiu即and
ProductiondeveloPmeni.
Keyword:ACservodrive:AdaPtivenotch;Discretetrackingdifferentiator:
TMS320LF2407A:Interpolation
W
女
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目录
摘要......................................................................................................................……I
Abstract.............................................................................................................……nl
1绪论.................................................................................................................……1
1.1本论文研究背景......................................................................................……1
1.2本论文研究的主要内容...........................................................................……3
1.3本论文研究的目的和意义.......................................................................……4
2基于DSP的数控机床伺服驱动系统方案....................................................……6
2.1数控机床的组成......................................................................................……6
2.2数控机床工作原理...................................................................................……7
2.3插补方法的分类......................................................................................……8
2.4数控机床的伺服系统.....……，..................................................................……9
2.5基于DSP的数控机床伺服驱动系统方案..............................................……9
2.6小结.....................................................................................……，............……12
3脉宽调制及DTC控制技术理论基础................................................……，..……13
3.1概述.........................................................................................................……13
3.2SPWM控制技术...............................................................……‘..............……13
3.3SVPWM控制技术.................................................................................……17
3.4无速度传感器DTC调速系统..............................................................……24
3.5小结.........................................................................................................……37
4基于DSP数控机床交流伺服驱动系统的硬件设计..................................……38
4.1系统硬件组成.........................................................................................……38
4.2逆变器模块............................................................................................……39
4.3功率MOSFET管的驱动控制电路......................................................……44
4.4传感器的选择及滤波电路.;..................................................................……46
4.5DSP控制板及外设.................................................................................……48
4.6小结........................................................................................................……52
5交流电机电流质量的滤波技术研究...........................................................……53
5.1影响检测电流质量的因素及滤波重要性............................................……53
厂
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5.2滤波方案研究...............................................................·.·······················……54
5.3自适应陷波滤波理论及实现................................................................……55
5.4跟踪一微分器滤波原理及仿真实验.......................................................……58
5.5小结........................................................................................................……71
6基于DSP的软件设计及实验......................................................................……72
6.1概述........................................................................................................……72
6.2TMS32OLF24O7A简介..........................................................................……72
6.3DSP控制交流调速及插补软件实现.....................................................……73
6.4实验........................................................................................................……80
6.5小结.........................................................................................................……83
7结论及展望...................................................................................................……84
7.1结论.........................................................................................................……84
7.2展望.........................................................................................................……85
参考文献...........................................................................................................……86
作者在读期间科研成果简介...........................................................................……90
声明...................................................................................................................……91
致谢...................................................................................................................……92

你好，我有相关论文资料（博士硕士论文、期刊论文等）可以对你提供相关帮助，需要的话请加我，7 6 1 3 9 9 4 5 7（扣扣），谢谢。