基于DSP的永磁同步電機(jī)全數(shù)字變頻
調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
景軍鋒1，康雪娟2
(1西安工程大學(xué)，陜西西安710048；2西安航空技術(shù)高等�？茖W(xué)校，陜西西安710077)
摘要：介紹了將先進(jìn)的電機(jī)控制專用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片和矢量控制算法相結(jié)合進(jìn)行的永磁同步電機(jī)控制，開發(fā)了技術(shù)先進(jìn)的伺服控制器。試驗(yàn)結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，控制靈活等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；矢量控制；智能功率模塊
中圖分類號(hào)：TM921 51：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-6540(2010)02-0043-04
0 引言
永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、重量輕，以及具有較高的效率和功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等各種自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域。目前，數(shù)字化交流伺服調(diào)速系統(tǒng)采用的調(diào)速方法是當(dāng)前理論成熟并且非常流行的矢量控制算法，即電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。SVPWM控制方法與經(jīng)典的脈寬調(diào)制(PWM)控制方法相比，具有直流電壓利用率高、控制簡(jiǎn)單、損耗小、便于數(shù)字化方案實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已有取代傳統(tǒng)正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制的趨勢(shì)[1]。
由于矢量控制算法要在很短的周期內(nèi)采集PMSM轉(zhuǎn)子的電流、電壓等參數(shù)，并進(jìn)行計(jì)算，輸出控制量，一般的微處理器很難達(dá)到要求，因此本文介紹的系統(tǒng)采用德州儀器(TI)公司的電機(jī)專用芯片TMS320LF2407A作為主控芯片，采用三菱公司的第四代智能功率模塊(IPM)PS21865，設(shè)計(jì)PMSM的全數(shù)字變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。利用TMS320LF2407A的高速處理能力和面向電機(jī)控制的外圍接口，使得整個(gè)全數(shù)字變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有控制精度高，實(shí)時(shí)陛強(qiáng)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單”。的特點(diǎn)。
1 PMSM數(shù)學(xué)模型及控制原理
三相PMSM在d-q坐標(biāo)系下，其定子電壓方程為：
式中：ud、id——定子電壓和電流在d軸的分量；
uq、iq——定子電壓和電流在q軸的分量；
Rs——定子相電阻；
P——微分算子；
ωr——轉(zhuǎn)子電角度；
np——轉(zhuǎn)矩繞組的極對(duì)數(shù)；
TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其方向與電磁轉(zhuǎn)矩相反；
Ψd,Ψq——分別為定子繞組d，q軸磁鏈。
電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的調(diào)節(jié)和控制完全取決于動(dòng)態(tài)中能否簡(jiǎn)便而精確地控制電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩輸出。在忽略轉(zhuǎn)子阻尼繞組影響的條件下，由電磁轉(zhuǎn)矩方程可知，PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩基本上取決于交軸電流和直軸電流，對(duì)力矩的控制最終呵歸結(jié)為對(duì)交軸和直軸電流的控制。目前PMSM的電流控制策略主要有：id=O控制；力矩電流比****控制；cosφ=l控制。本系統(tǒng)采用id=O控制，該方法由于電樞反應(yīng)沒有直軸去磁分量而不會(huì)產(chǎn)生去磁效應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)永磁電機(jī)退磁而導(dǎo)致電機(jī)性能變壞的現(xiàn)象，能保證電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的線性化控制。要實(shí)現(xiàn)id=O的解耦控制，通常有兩
2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
為滿足電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展需要，20世紀(jì)90年代末，Ⅱ公司推出了TNS320x24x系列數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，該系列DsP芯片專為實(shí)現(xiàn)高精度、種方法：電壓前饋解耦控制和電流反饋跟蹤控制。電壓前饋解耦控制是一種完全線性化的解耦控制方案，它能使id、iq完全解耦，但其需要實(shí)時(shí)測(cè)量i。和ωr，并做npωrLqiq的乘積運(yùn)算。這種方法的測(cè)量精度和控制實(shí)時(shí)性都會(huì)影響到控制性能，因此，要做到完全解耦是很困難的。電流反饋跟蹤控制采用比例積分型直流控制方式，伺服系統(tǒng)輸出電流諧波分量小，無穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)定性好。本系統(tǒng)選用例積分型直流控制方式。
從對(duì)PMSM數(shù)學(xué)模型的分析可知：定子電 |
