当前位置: 首页 > >

基于DSP的永磁同步电机的控制设计与实现_图文

发布时间:

文 章编 号









中图 分 类 号

文 献标识码

基于

的 永 磁 同 步 电机 的 控 制 设 计 与 实 现
部 东菊
,





,

部形 颖
,

中 国 科 学 院 沈 阳 自动 化 研 究 所 新 松 机 器 人 公 司 摘要 介 绍 了采用 控 制方 法
,

辽宁 沈阳
的设 计与 控 制
,

芯 片 实现 对 永 磁 同步 电 机


讨论 了空 间矢 量 脉 宽 调 制
,

并 给 出 了 控 制 系 统 的硬 件 设 计 和 软 件 实 现

试 验 结 果 表 明该 系 统 具 有 较 好 的 跟 踪 性 能


稳态精

度较 高
关键 词



作为

控制器

系 列 的新 成 员

,

是 电机 数 字 化 控 制 的 升 级 产 品

永 磁 同步 电 机

空 间矢量 脉宽调 制

,

,


,
, , ,

,

,




,



,〕

,







引言
永 磁 同步 电 动 机 采 用 高 能 永 磁 体
有 高 推 力强 度 点 一
, ,

永磁 同步 电 机 的控 制 策 略
消 除 了旋 转 伺 服
,

世纪

年代

,

由德 国 学 者 首 先 提 出 的 交 流 电 动

电 动 机 由旋 转 运 动 到 直 线 运 动 的 机 械 传 动 链 的 影 响




机 的矢 量 控 制

理论

,

从理论上 根本


低 损耗




小 电 气时 间常数



响应 快 等特

解决 了 交 流 电 动机 转 矩 的 高性 能控 制 的 问题

其基本思

成 为高精 度
目前
,

微 进 给 伺 服 系 统 中最 佳 的 执 行 机 构 之
,

想是在普 通 的三 相 交 流 电动 机 上 设 法 模 拟 直 流 电 动 机



使 用 永 磁 同 步 电 动 机 的 交 流 电驱 动 设 备 在 现
特别是那 些对 于 空
,

转矩 控 制 的 规 律 分量
,

,

在 磁 场 定 向坐 标 上
,

,

将 电流矢 量 分
,

代伺 服 请求 中 得 到 更 为 广 泛 的 应 用

解 成 为产 生 磁 通 的 励 磁 电 流 分 量 和 产 生 转 矩 的 转 矩 电 流 并 使得 两 个 分量 互 相 垂 直
,

间 位 置 要 求 很 高 的 嵌 人 式 系统 的 领 域



永 磁 同步 电 动 机

彼此独立

然后对其

一 般 来 说优 于 那 些 有 电 刷 的 交 流 同 步 电 动 机 和 异 步 电动

分别进行调 节
调 速 特性 川


从 而 获得 与 直 流 电 动 机 一 样 良 好 的 动 态

永 磁 同 步 电 机伺 服 驱 动 已 成 为 国 内 外 伺 服 技 术 领 域


内研 究 和 发 展 的 主 要 热 点 之 一 美国 几 是 德 州仪器
,

公司自
控制器
,

年 发 明第 一 片
,


数字信号处理器

之后 不 断推 出新 的 控制器

芯 片作 为

系列 的 新 成 员
芯片 内核
,

,

现 * 台下 的 一 种 定 点



该芯片
,

面 向新 一 代 交 流 电 机 控 制

具有

从而将
,

的 高速 运 算 能 力 与 面 向 电 机 的 高 效 控 制 能 力 集 于 一 体

丫女 巨


具有 了低 成 本



低功耗



高性 能 的 处 理 能 力


对 电机 的
,

* 厂 乙



数字化控制非常有用 川 本文 介绍 了 采 用 并 给 出 试验结 果




实 现 电 机 的控 制



变 换示 意 图

具 体 实现 时

,

首 先 用 磁 场 等 效 的 观点 简 化 三 相 永 磁 即通 过
,

同步 电 机 的 模 型

收 稿 日期


,

,

变 换将 原 来 的 三 相 绕组
,

上 的 电 压 回 路方 程 式 简 化 为 两 相 绕 组 上 的 电 压 回 路 方 程




变换后
,

转矩依然 依靠 转子通 量
变换
,

为 了方 所示
,






修 回 日期
,


,





便 控制 和计算
,

再对其进 行



如图


作 者 简 介 郝东 丽

女 山 西 人 硕 士 研 究 生 主要 从
,

事 机 械 电 子 工 程 交 流伺服 电机 驱 动 器 产 品 样 机 的 开 发 工 作



变换后 系统以转 子 的 电子 速 度 旋 转
通 的 电子 位置
,

轴对 应 于 转子 磁
无关

转矩 的 电子表达 式与

计 算 机侧 量 与控 制 算 步骤 如下

优本





月▲





和 认。 进 行

成。

逆变换给出 凡

?



?

一 一一刁





,





判 断 电压相量 在 哪 一部 分
关 关 、二



,



、二




邸矶一 伪





,










,



参考 电压 矢 量 图
,

计算
根据


值计算



,



因为这 种 方 法 采 用 了坐 标 变 换

所 以需要 大量 的数
实时处理能力产生

学运算


,

从而 对处 理器 的运算 速 度




永 磁 同步 电机 的控 制 设 计
硬件设计 硬件设计 采用


较 高 的要求

的模式

,




为核心 提供 用 户 接

,

空 间矢

脉宽调 制

阁 实际上是对应于交

加 卜一 些 必 要 的 外 围 电 路 构 成 控 制 回 路 产生 各种控 制 信号

、 、

电路 用 来


空间矢 量 脉 宽调 制

与上位 机进 行通 讯




流感应 电机或 永 磁 同步 电 机 中 的 三 相 电 压 源 逆 变 器 的
功率器件 的一 种 特 殊 的 开 关 触 发 顺 序 和 脉 宽 大 小 的组

电路提供 电路用 来 给伺服 电 动 机 供 电 给 等 ’ 如 直 流 电源 各 种 硬 件 报 警 信号 等 控 制 结 构框 图 〔 〕 图




,

这 种 开 关 触 发 顺 序 和 组 合将 在 定 子 线 圈 中产 生 三 相


所示



互差

电角度 的波形 失真较小 的正弦 波 电流
,



实践和

,

理论都可 以 证 明 术相 比
,

与 直接 的正 弦 脉 宽调 制





在输 出 电压 或 电机线 圈 中 的 电流 都将
,

产生更少 的谐波
电源 的利用效率 空 间矢 量

从而 提高 了对 电压源 逆变 器直 流 供 电
技术 的 目的 是 通 过 与 基 本 的 空 间矢
用它的




量 对应 的开关 状 态 的 组 合 得 到 一 个 给 定 的定 子 参 考 电

压矢 量





,



,

川 轴分量

,

、。

和 叭协表





如图


所示 为
,

位 于扇 区



矶。

的关 系 图

嵘鸳






露 笔



转换
码盘



电机 转速 计算

由上 图 可 知
兀 孔 一

矢 量作用 时 间 的相对值表示 为




原理框 图







、 。 。

电路板 主要 接 收
叽耐

电路板 发 送 的 呱
,

信号

,


另定义 变 量



对 电 流进行 采 样


,

,

将 处理后 的 电流信 号 直接 传 到 进行转换
电路板 上




如 下所示




内部 的

同时将

报 警信 号 发 送 到 使 能后
,


电路


模块 的 的事件 该 电路被




告招 合 梅









,

管理 模 块 有 一 个 正 交 编 码 脉 冲
。 。。



可 以 在编码 和 计数 引脚 上输 人 正 交 编码 脉 冲
即相位相差

正 交 编 码 脉 冲是 两 个 频 率 变化且 正 交



则相应 的

扇区


可用







表示

,

如表

所示



的脉 冲

,

该 电路可 用 于 连接光 电编码 器 以 获得旋转机 械




对应关 系表

的位 置 和速 率 等信 息

当它 由 电机 轴 上 的 光 电 编 码 器 角 位 置 和 转 速 可 由 脉 冲数 和 脉 冲 来决定 囚
利用


产生时
一 一

,

电 机 的 旋 转 方 向 可 通 过 检 测 两 个 脉 冲序 列 中 的
,

哪一个 先到达来确定






频率

即 齿 脉 冲或 圈 脉 冲




另外

,

方便用户

进行 参 数设 置 的事件管理器 具有 带死 区 控制单元 的 波形 发 生器
, ,

监控 等

,

芯 片提供 的丰富 的

引脚 设计 了 键 盘 和 显 示 电路 软件设计

所 以 如果 给 定参 考 电压 矶 及 要
,

求的

的调 制 周 期

就可 以根 据推 导计算 空 间矢

交 流伺 服 系统 的核心是
的 高性 能 磁 场 定 向控 制


,



完成 伺 服 电机

量 的作用 时 间

从 而方便 地 实现

算法



具 体计

在 伺 服 驱 动 控 制 中有 两 部 分 软






郝东 丽
控制程 序和 上 位机 软件


,



基于

的 永 磁 同步 电机 的 控 制 设 计 与 实 现



上 位 机 软 件 主要 是 用
,

于 伺 服 系 统 参 数设 定

电机 的运行 状态 显 示 及 各种 参数 主要 用来控制


波形 显 示 程如 图 理




控 制 程 序是 软件 的核 心
,

三 相 永 磁 同步 电 机 以 及 一 些 相 关 的 操 作

实际 的 软件流

,

所示


首先是初 始化


,

完 毕 后 进 人 后 台程 序


后 台 程 序 由一 些 跟 时 间 关 系 不 大 的 模 块 组 成

有键 盘处

加速时

显示


报 警 处 理 等模 块
,

而 前 台程 序 则 是 时 间
,

相关 性 很 强 的 操 作

主要 有

等模 块
控制


模 块 是 软件 的关 键 模 块
,

分 内外 两 环

,



里层 为 电流环

外面一层是速度环

,

实 现 电机 的 双 闭 环
减速 时

开始

初 始化
印协

中断

键 盘 处 理 模块 块
,

栈块

洲 沃 一



中 断现 场 保 护 匀速 时

模块
报 害 处 理 模块 中断现场恢 复



电流



速 度 曲线 图


处理能力 产 生 了较 高 的要 求



作为
控制器芯


控 制器

系列 的新 成 员
,

,

在与现存


显不 模块

片代码 兼 容 的 同 时

具有处 理性 能更好




设集成度更高
图 系统 软件 流程 图



程 序 存储 器 更 大
,

转换 速度更快 等
它优化 的

特点 结构

,

是 电机 数字化控制 的升 级 产 品 更加快 了指令执行速度


试验 结果及分析
永 磁 同 步 电 机 试 验 所 获 得 的匀 速
电 流 和 速 度 曲线 如 图


,

为 复 杂 控 制 算法 的 实 现

加速 和减速段 的
,

提 供 了 良好 的 条 件
参考文献 仁」


所示



由 曲线 图 可 见


系 统 的快

速 跟 踪 性 能较 好

,

稳 态精度 较 高


〔〕
刃 〕《

五。



结束语
随着 电 子 电 力 技 术
理论 的完 善
,



微 电子 技 术 的 飞 速 发 展
,

,

控制

〕 仁〕

仿 真工具 的成熟


使 得 交 流 调 速 日趋 完



,

大有 取代直 流调 速 的趋 势









空 间矢量 脉宽调 制技 术 已 经 成 为三 相 电 压 源 逆 变 器

毗仁〕


仁」 刘 〔 〕 和 * 王 维俊 江 渝 等
,

,

,


,

语言开发应

时盯 需 妥 人 重 阴 致 字 还 异
梦介 女 去

,

盯处 埋器 阴 运异 迷度 去幽坐女 去



头盯



」北 京

北京 航空航 天 大学 出版 社



去去 去去去去去

坐去去女去去去淤去



去去去 去奎去



班 女幽去尝去去

去去架



总线
西 安 交通 大

接 口 卡及 系 列软件




铸 踌 ‘ 砖 即 林 凌 粉 常 稼 军 生 睦 监 盗 』 盗 下

学在 推 广


总线













基础 上 又研 制 成 功
,

总线 的


,







在各 大 专 院 校及 科研 单位 得 到 广 泛 使 用
总线卡大 大提 高

, ,



卡符合 国 际标
环境下


准 适用 于


,

总 线微机 通 信 速 度 相 对



与 其 配套 的 驱动 软件 支持
,
,

语 言 编 程 也可在 压
, ,

环境 下使用

编 程使 用 方 法 与

总线 卡 完 全相 同 使 用 方 便



该 卡性价

比 优 于 国 外 同 类 产 品 购 买 方 式 为 款 到 寄货 免

费保 修 负 责 解 答 各 种 技 术 问 题

有 意 者 来信 来 电 联 系



通 信 地 址 西 安 交 通 大 学 自动 控 制 研 究 所 电 话 阳 翻曲杨




联 系人 吴 彩玲 传

双泪归
,

沼加

旧 自刃

朋刀 ,

,




友情链接: