全數(shù)字永磁同步電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計
孫環(huán)陽，黃筱調(diào)，洪榮晶，裴亮
（南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，南京210009）
摘要：設(shè)計了一種基于數(shù)字信號處理器( tms320lf2407a)和智能化功率模塊(pm20csj060)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)方法，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)和調(diào)速特性。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；運(yùn)動控制；數(shù)字信號處理器；智能功率模塊
中圖分類號：tm341; tm351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0050-03
0引 言
近年來，永磁同步電機(jī)以其功率密度高、效率高、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬、定位精確等優(yōu)點(diǎn)，成為了高精度、微進(jìn)給的****執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及精密雷達(dá)等運(yùn)動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于對系統(tǒng)的高精度、高穩(wěn)定性和高抗干擾性的要求越來越高，因此設(shè)計金數(shù)字的永磁同步電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。
1 pmsm矢量控制原理
由于轉(zhuǎn)子磁鏈職恒定不變，故永磁同步電機(jī)運(yùn)動拉制系統(tǒng)通常采用轉(zhuǎn)子位置定向的矢量控制方式，本文采用id=0的電流控制方法，此時電磁轉(zhuǎn)矩只與定子電流的交軸分量成正比，實(shí)現(xiàn)了對力矩的控制參數(shù)的解耦，大大簡化了控制過程。其控制原理如圖1所示，位置誤差信號經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器pi調(diào)節(jié)后，輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速給定信號wt，計算速度誤差信號，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器pi調(diào)節(jié)后，輸出直軸與交軸電壓指令信號ud和uq，經(jīng)過park逆變換得到定子靜止兩相坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓指令信號ud和up，利用電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)( svpwm)獲得實(shí)際三相電壓svpwm信號，控制電壓源逆變器開關(guān)狀態(tài)，實(shí)時控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
2系統(tǒng)的硬件組成
根據(jù)矢量控制原理，設(shè)計系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。考慮到系統(tǒng)的抗干擾性，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離，將系統(tǒng)硬件分為兩個部分：以dsp tms320lf2407a為核心的控制電路板（虛線內(nèi)部分）和基于ipm的功率驅(qū)動電路板。
控制電路板由tms320lf2407a芯片、電源模塊、電流檢測模塊、編碼器信號脈沖整形電路、仿真接口、rs232通信接日、鍵盤與顯示器接口等組成。功率驅(qū)動電路板由單相不可控整流橋db35 -10、功率模塊pm20csj060、驅(qū)動和隔離電路、故障檢測寫保護(hù)電路等組成。
2.1信號檢測電路
由于系統(tǒng)采用的永磁同步電機(jī)為星型聯(lián)接，定子三相電流完全對稱(ia+ib+ic=o)，因此只需采樣兩相電流即可。這里選用可調(diào)電流霍爾傳感器la28 -np，選用1000：5的匝數(shù)比，傳感器輸出電流值為(0~+lo)ma。而tms320lf2407a的a/d轉(zhuǎn)換器可接受的采樣范圍是(o~3.3)v單極性信號，故需要將傳感器的輸出電流經(jīng)過信號調(diào)理電路之后，送人adcino和adcin1轉(zhuǎn)換口進(jìn)行采樣。
系統(tǒng)采用集電極開路輸出的1024線增量式編碼器檢測的麗路正交位置脈沖信號a和b-路零位脈沖信號z經(jīng)光耦隔離和電阻分壓后，轉(zhuǎn)換為dsp可接受o和3.3 v信號，送入qep1、qep2和qep3接口。
2.2 ipm信號隔離及故障保護(hù)電路
由于ipm內(nèi)部集成了icbt驅(qū)動電路，所以在使用時可將dsp輸出的pwm信號經(jīng)光耦hcpia505芯片隔離后送入74ls244鎖存器后，再輸出給ipm的pwm信號輸入端，pwm信號隔離電路如圖3所示。
ipm中u、v、w三相的每個上橋臂都具有自己獨(dú)立的scc短路）、oc（過流）、uv（欠壓）和ot（過熱）四種自保護(hù)電路，而下三橋臂共用一個保護(hù)電路。以u相上橋臂為例，當(dāng)u相任意一種短路、過流、欠壓、過熱保護(hù)電路動作時，ufo輸出一低電平。由此設(shè)計ipm故障保護(hù)如圖4所示，pm三相上橋臂的故障輸出信號ufo. vfo、wfo和下橋臂的故障輸出信號fo經(jīng)低速光耦pc817后，經(jīng)與門邏輯作用，只要其中有一個故障，就會在與門的輸出產(chǎn)生一個低電平，經(jīng)低通濾波器，送人到基本rs觸發(fā)器的s端，使觸發(fā)器寄存此故障信號，此時 |
