本次研究的目标是为某跑步机公司设计一款永磁同步电机的控制系统。永磁同步电机作为跑步机的动力装置，要求永磁同步电机具有平稳、可靠的运行性能。其控制系统要具有速度环、位置环和电流环三级控制功能，以实现对家用跑步机的平稳控制。
由图2-7可以看出，基本空间矢量只能形成正六边形的旋转磁场，要得到圆形旋转磁场，就需要相邻两个电压空间矢量合成来实现。实际上，电机电压的给定一般是以一个PWM周期T为单位来给定的。因此，就需要在整个PWM周期中通过 和 的线性时间组合，实现所需要的任意空间矢量[1][14]。如图2-8所示
永磁同步电机控制技术是涉及微电子技术、电力电子技术、电工学、电机学、自动控制理论、机械自动化、检测技术等专业知识。随着各种高精度控制系统的需要，永磁同步电机控制系统以其功率密度高、控制性能好、稳定性好等优点越来越受到重视。本论文是从跑步机行业背景及社会需求出发，以提升产品性能为指导，综合应用了电机学、控制下、计算机、电力电子及机械等相关理论，开发了一款用于某型跑步机，并可用于其它控制系统的永磁同步电机控制系统。通过相关测试表明，控制系统达到了设计指标。
论文以面装转子稀土永磁同步电机作为控制对象，采用低精度360线正交编码器作为位置传感器，在满足系统控制指标需求的同时降低了产品方案的成本。本文详细阐述了设计的以高性能DSC作为主控芯片的控制电路和以智能功率模块PS21867作为主功率器件的逆变电路。本次设计的系统中，还充分考虑了各种功能模块的电磁兼容和电磁干扰特性，通过引入合理的滤波电路、隔离电路等功能电路，使硬件电路系统达到了较高的可靠性和稳定性。
在本次设计中，通过对永磁同步电机和相关电力电子器件的研究和了解，深刻了解了永磁同步电机控制系统的研究现状和应用前景。并且在实际工程背景的指引下，系统的学习了实际工程开发的流程，和相关注意事项。在实际的制造过程中，把以前学习的理论知识进行了复习，并且把理论联系了实践，更加深了对理论知识的理解。

目 录
摘要
Abstract
第一章  引 言 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究的目标和意义 3
1.3 研究思路 5
1.3.1 系统分类 5
1.3.2 永磁同步电机控制系统 6
第二章 研究的理论基础 9
2.1 永磁同步电机（PMSM）的数学模型 9
2.1.1 永磁同步电机的基本结构及种类 9
2.1.2 永磁同步电机的物理模型 10
2.1.3 永磁同步电机的等效电路 14
2.2 永磁同步电机控制原理 14
2.3 永磁同步电机的矢量控制原理和实现 16
第三章  永磁同步电机控制系统硬件设计 21
3.1  永磁同步电机控制系统设计指标 21
3.2  ALTIUM DESIGNER SUMMER 08 介绍 21
3.3 永磁同步电机控制系统硬件整体设计与分析 22
3.3.1 闭环运动控制系统的典型结构 22
3.3.2 永磁同步电机控制系统的组成 23
3.4 控制板电路 23
3.4.1 微控制器介绍 23
3.4.2 为控制器外围电路 25
3.4.3 电流反馈信号调理电路 26
3.4.4 UART通信电路 27
3.4.5 光码盘及霍尔信号接口电路 28
3.4.6 控制板与驱动板接口电路 29
3.5 驱动板电路 29
3.5.1 功率驱动芯片介绍 29
3.5.2 功率驱动电路 30
3.5.3 光耦隔离电路 31
3.5.4 交流电源处理电路 32
3.5.5 交流电源监测电路 32
3.5.6  电源泄放电路 33
第三章  软件设计介绍 34
4.1 系统软件设计开发平台 34
4.2 系统主程序软件 34
4.3  PWM中断子程序 35
第五章 测试数据及其分析 37
5.1 单元电路测试 37
5.1.1 电流反馈信号调理电路测试 37
5.1.2 驱动板互补PWM空载测试 38
5.3 系统联调测试 41
5.3.1 系统联调界面简介 41
5.3.2 电流环调试 42
5.3.3 速度环调试 43
第六章  结束语 44
6.1 研究总结 44
6.2 未来的研究方向及展望 44
参考文献 46
致 谢 47