基于ARM Cortex-M4的PMSM驅(qū)動(dòng)器研制.pdf

1、海洋資源開發(fā)是緩解人類資源緊缺問題的有效途徑，而海洋探測(cè)是一切開發(fā)活動(dòng)的前提。在海洋科考活動(dòng)中，各種深海探測(cè)設(shè)備不可或缺，作為多數(shù)設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部分—電機(jī)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性和實(shí)用性一直是人們不斷努力的目標(biāo)。本文針對(duì)深海電視抓斗的動(dòng)力部分進(jìn)行了改進(jìn)，主要內(nèi)容是將無刷直流電機(jī)（Brushless Direct Current Motor，BLDCM）替換為永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor,P

2、MSM），利用ARM Cortex-M4微處理器的優(yōu)越性能和先進(jìn)的矢量控制策略設(shè)計(jì)了一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，大大減小了電機(jī)對(duì)能源與圖像信息混合模塊的電流紋波影響，同時(shí)解決了電視抓斗工作時(shí)的機(jī)械抖動(dòng)問題。具體研究工作如下：
　　(1)分析了永磁同步電機(jī)在深海電視抓斗中的應(yīng)用背景及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，結(jié)合課題需求與電機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，確定相應(yīng)的PMSM參數(shù)、控制硬件及其控制策略。
　　(2)分析了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和空間矢量控

3、制原理，通過矢量坐標(biāo)變換，在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立了PMSM的數(shù)學(xué)模型，并且利用該模型，確定了合適的表面式PMSM的電流控制策略。
　　(3)提出了永磁同步電機(jī)基于電流反饋和無傳感器速度反饋的磁場(chǎng)定向控制（ Field Oriented Control，F(xiàn)OC）策略，并且介紹了PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)及其在閉環(huán)控制中的作用。分析了空間矢量脈寬調(diào)制（Space-Vector-Pulse-Width Modulation，SVPWM）技術(shù)的原

4、理、推導(dǎo)及實(shí)現(xiàn)過程。同時(shí)對(duì)無傳感器FOC控制系統(tǒng)進(jìn)行了Simulink仿真，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的可行性。
　　(4)結(jié)合ARM Cortex-M4核微處理器與智能功率模塊，設(shè)計(jì)了一個(gè)額定功率2.3KW的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)了電流讀取、隔離串口通信、功率驅(qū)動(dòng)和電源轉(zhuǎn)換等電路功能。
　　(5)從用戶層、電機(jī)應(yīng)用層和電機(jī)控制層三方面設(shè)計(jì)了軟件的主程序，對(duì)重要部分的軟件實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行了詳細(xì)說明。同時(shí)用C＃編寫了一個(gè)上位機(jī)控制程序供電機(jī)