永磁同步電動機(jī)的矢量控制畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

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審核通過切勿外傳永磁同電機(jī)的矢控1緒論1.1電氣伺系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)狀和動向自從上世紀(jì)代，電氣伺系統(tǒng)代了大分的液伺服動系統(tǒng)成為伺服統(tǒng)的主要形。按驅(qū)裝置的執(zhí)行動機(jī)類來分,通常分為直DC)伺服系和交流(AC)伺服系直流伺系統(tǒng)展早,70年已經(jīng)實(shí)用化在各類機(jī)電體化產(chǎn)品中量使用種結(jié)構(gòu)的DC伺服電動機(jī)。直流伺系統(tǒng)控制簡靈實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),調(diào)速圍寬,穩(wěn)性高,應(yīng)速度快，無調(diào),位精度和蹤精度。但是直流服系統(tǒng)有難以克服缺點(diǎn);直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱大影響與其相接的絲精度;采用機(jī)換向會生電火直流服系統(tǒng)以工作在易、易爆工作場合高運(yùn)行和容量設(shè)計(jì)受機(jī)械換相器限制;電刷和換向器磨損,日常維護(hù)工作量;結(jié)復(fù)雜，制困難,成本高等。機(jī)械向器的存在造成以問題的主要因。交流電沒有機(jī)械換器，克了直流電機(jī)缺點(diǎn)。入20世代后功電子器和微電子技水平得迅速提高,基先進(jìn)控理論、電力子器件微處理器的展,交流伺服控技術(shù)日成熟。交流服系統(tǒng)其體積小轉(zhuǎn)慣量最,耐高速,可繁起制動,過載力強(qiáng),時(shí)輸出矩大,環(huán)境適應(yīng)性,運(yùn)可靠性高，需維護(hù)特點(diǎn)而廣泛用于CNC和業(yè)機(jī)器等工業(yè)領(lǐng)域到了90年,流伺服統(tǒng)己經(jīng)許多場合取了直流服系統(tǒng)，某些性能至超過了直伺服系，從而出現(xiàn)取代直伺服系統(tǒng)成電氣伺系統(tǒng)主的趨勢。1

目前國外交流伺服統(tǒng)研究向著數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化、綠化的方向發(fā)：高性能和數(shù)字化服系統(tǒng)是當(dāng)交流伺系統(tǒng)發(fā)展的勢，這系統(tǒng)被泛應(yīng)用在高度數(shù)控床、機(jī)器人特種加裝備和精細(xì)給系統(tǒng)。由于微子技術(shù)的發(fā),處理器運(yùn)算速不斷提高,功能不增強(qiáng)，特別在電機(jī)控專用DSP芯片出后，全字伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電控制、速度制和位置控全部數(shù)字化同時(shí),大的增了伺服統(tǒng)設(shè)計(jì)和使的靈活。伺服系智能化一方體現(xiàn)在統(tǒng)具有很強(qiáng)狀態(tài)自斷、故障保和信息顯示能；另一方,在控策略除常規(guī)PID控制始轉(zhuǎn)向用現(xiàn)代制理論智能控制各高性的智能制器可實(shí)現(xiàn)服系統(tǒng)數(shù)自檢測和制器參在線自整定能等。智功率模廣泛采,逆變器實(shí)現(xiàn)頻化、小化和無噪音伺服系具有完善的訊功能,在獨(dú)立成伺控制同保持與位機(jī)的聯(lián)系實(shí)時(shí)接控制指令和告系統(tǒng)前工作狀況伺服系通訊功能實(shí)現(xiàn)和提高一步完了高級別、布式的業(yè)控制、管網(wǎng)絡(luò)的能。光編碼器等傳器的分率大幅度提靠性一步改,并向功能一體化方向發(fā)展。1.2交流電機(jī)分類特點(diǎn)交流電機(jī)主要有感異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大。異步電動構(gòu)造簡單價(jià)低，維工作量低,易實(shí)弱磁調(diào)。缺是轉(zhuǎn)子熱困難，轉(zhuǎn)電阻受度影響變化，影響量控制性能在交流服系統(tǒng)發(fā)展期異步電動機(jī)交伺服系統(tǒng)得較快的展,要應(yīng)用機(jī)床的軸傳動。同步電機(jī)以轉(zhuǎn)速與源頻率格保持同步著稱,極數(shù)保持變,要電源頻保持恒定同步動機(jī)轉(zhuǎn)就保持不變,當(dāng)載轉(zhuǎn)矩到同電動機(jī)上時(shí)在短時(shí)間建立起相應(yīng)拖動轉(zhuǎn)維持電動的穩(wěn)定行。同步電動機(jī)變調(diào)速系統(tǒng)從制方式可分為他控變頻和控式變頻調(diào)方式。中，他式變頻調(diào)速統(tǒng)存在步、振蕩等題,在際中少用。階段同步電動機(jī)頻調(diào)速系統(tǒng)般采用控式運(yùn)行。控式變同步電機(jī)調(diào)系統(tǒng)按用的變器、電動機(jī)類型及前的發(fā)展趨可分為大類:一類是功率的一交變同步電動機(jī)速系統(tǒng);二是交一直一交流型負(fù)換相同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)另一類是交直一交壓型同步電機(jī)調(diào)速統(tǒng)，多用于容量的磁2

同步電機(jī)控制。隨著永材料性能的幅度提和價(jià)格的降,種交流永同步電機(jī)伺服系成為交流伺系統(tǒng)的流。交流永同步電機(jī)根據(jù)電動反電動的波形狀可分為正波永磁步電動機(jī)(PMSM)梯形波磁同步電動后者又稱為刷直流電動(BLDCM)。弦波永磁同電動機(jī)由永久磁鐵生勵(lì)磁電勵(lì)磁電動的勵(lì)磁耗和轉(zhuǎn)子發(fā)問題;同異步電動機(jī)比,也沒有因?yàn)榛钜鸬膿p耗從而很地提高了效和功率數(shù)。由于其積小、量輕控制系統(tǒng)相較為簡夠達(dá)到快、準(zhǔn)確控制要求,永磁同電動機(jī)中小容的伺服電動中占據(jù)重要的地位,被廣地應(yīng)用小功率、要良好的靜態(tài)能和高動態(tài)應(yīng)的伺驅(qū)動中,柔性制造系、機(jī)器人辦公自動、數(shù)控機(jī)等領(lǐng)域。2永磁同步電機(jī)矢量控的方案比較2.1永磁同電動機(jī)簡介永磁同電動機(jī)結(jié)構(gòu)單，體小，重量輕效率高功率因數(shù)高此外，永磁同電動機(jī)還具以下優(yōu)：永磁同電動機(jī)無需流勵(lì)磁不設(shè)電刷和環(huán)，因結(jié)構(gòu)簡單，用方便，可性高。正由上述結(jié)的特點(diǎn)，使永磁同電動機(jī)轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁耗，無刷和滑環(huán)之的摩擦耗和接觸電耗。因，永磁同步動機(jī)的率比電式同步電動要高，且其功率因可以設(shè)在1.0附近。永磁同電動機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)多樣結(jié)構(gòu)靈活而不同的子結(jié)構(gòu)往往來自身性能的特點(diǎn)，因永磁同電動機(jī)可根使用需選擇不同的子結(jié)構(gòu)式。永同步電動機(jī)一定功范圍內(nèi)，可比電磁同步電動機(jī)有更小體積和量。永磁同電動機(jī)按工主磁場向的不同分徑向磁式和軸向磁式按電樞組位置的不可分為轉(zhuǎn)子式和外子式;供電頻控制式的不同，可為自控式和控式;反電勢形的不同，分為正波永磁同步動機(jī)簡稱永磁同電動機(jī)本文中的永同步電機(jī)都指正弦永磁同步電機(jī)和矩形波永同步電機(jī)(簡稱無刷流電動)。2.2

永磁同電動機(jī)的數(shù)模型3

永磁同電動機(jī)是利定子的相交流電流永磁轉(zhuǎn)的磁場互相用所產(chǎn)生的磁轉(zhuǎn)矩來帶電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的。當(dāng)子電流頻率固定時(shí)轉(zhuǎn)子的速也是定的，并且該頻率正比:（其中同步轉(zhuǎn)，f是定子流頻率永磁同電動機(jī)對數(shù)。改變電機(jī)轉(zhuǎn)需要變化定電流頻，也就是要用變頻對永磁同步動機(jī)供。同時(shí)為防止失步，須保證機(jī)轉(zhuǎn)子的角率與定電源頻率同。根據(jù)流電機(jī)量控制原理為了找電機(jī)的控制律，建易于實(shí)現(xiàn)控的數(shù)學(xué)型，需建立一個(gè)與磁同步動機(jī)轉(zhuǎn)子同旋轉(zhuǎn)的標(biāo)系，讓d軸與子磁極重，把永磁同電動機(jī)子的各參量轉(zhuǎn)化到轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下。假設(shè)電是線性的，機(jī)參不隨溫等外界條件化而變，略磁滯渦流損，并認(rèn)為轉(zhuǎn)無阻尼組，那么基-q坐標(biāo)系的永同步電機(jī)定子磁鏈程為:（）式中，轉(zhuǎn)子磁鋼在子上的合磁鏈，分為永磁步電動機(jī)的、交軸主電，分別為定電流矢的直(d)軸、(軸分量。在d-q標(biāo)系下定子電壓方為：（2-3）式中為子角頻率，為微分子。由式2-2)式(2-3)得uriLpiipdsddq

r

uiLpiiqsqqd

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（根據(jù)上方程可得永同步電機(jī)在同步旋坐標(biāo)系的穩(wěn)態(tài)矢量如圖圖（2-1旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的穩(wěn)態(tài)量圖電動機(jī)子電流在d和q軸上的分可表示：（式中，定子電流幅，為電矢量超q的角度。永磁同電動機(jī)轉(zhuǎn)矩程為:Tii)[iL)ii]dmqdmrdd

（2-6）從上式知，永磁同電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩取于定子流d軸、軸分量

在永磁步電動機(jī)中由于轉(zhuǎn)磁鏈幅值的小恒定變，故采用子磁鏈向方式控制永磁同電動機(jī)2.3永磁同電動機(jī)流控制策略永磁同電動機(jī)的電控制方主要有:=0制，控制，恒磁控制，力矩電比最大控制。各種制方法有其自的特，適用于不的運(yùn)行合在=0制策略理下各矢量間的關(guān)如圖2-2所示。子電流量的直軸分量為，由式(2-6)得電機(jī)輸轉(zhuǎn)矩為(2-7)當(dāng)忽略樞電阻時(shí)，率因數(shù)(2-8)圖-2。實(shí)際代表空載時(shí)動機(jī)的電壓，則代系統(tǒng)帶運(yùn)行時(shí)電動端電壓。兩者之比為,,且有=，則(2-9)圖2-2控制策下永磁同步動機(jī)矢圖令，稱去磁分量，本控制法下應(yīng)使=(2-10)逆變器容量可以用SV22)(I2Id

來表示(2-11)此處有(2-12)由上式以看出，采控制方，無去磁效，輸出矩與定子電成正比其主要缺點(diǎn)是隨著出力矩增大，端電比較大功率因數(shù)急降低，而對逆器容量的要增高。外，該方法能充分用電機(jī)的力輸出能，在輸出矩中磁阻反轉(zhuǎn)矩為.控制方的核心思想使電機(jī)功率因數(shù)恒1充分利用逆器平的假定=，保持須按來制和關(guān)系.該方控制相復(fù)雜并且最輸出力矩小。恒磁鏈制方法與控方法比，以獲較高的率因并且在輸出

同轉(zhuǎn)矩況下，需要逆變器量比方式小但去磁量大。力矩電比最大控制在電機(jī)出給定力矩件下，制定子電流最小的電流制方法。力電流比大控制使電輸出力滿足的條件況下定電流最，減小了電損耗，利于逆變器關(guān)器件作，同時(shí)降了成本在該方的基礎(chǔ)上，用適當(dāng)弱磁控制方，可以善電機(jī)高速的性能此方法不足在于功因數(shù)隨輸出力矩的大下降快。綜合來，按照轉(zhuǎn)子鏈定向按方法進(jìn)行制的PMSM調(diào)系統(tǒng)定子電與轉(zhuǎn)子通解藕，控系統(tǒng)簡，轉(zhuǎn)矩波動，可以得很寬的調(diào)范圍，用于有性能要求工應(yīng)用領(lǐng)。但當(dāng)負(fù)載大時(shí)，子電流增大由于電反應(yīng)的響，造成氣磁鏈和子反電動勢加大，使定子電壓高。為保證足的電源電壓電控裝必須有足夠容量，效利用率降;時(shí)，定子電壓量和電流矢的夾角會增加，由電樞反電抗壓降大造成功因數(shù)降。因此控制法適用中小容量的統(tǒng)。2.4

控制策下伺服系統(tǒng)作原理由上面分析可知，用轉(zhuǎn)子鏈定向控制當(dāng)時(shí)電轉(zhuǎn)矩和電流值成正比，此速度調(diào)節(jié)的輸出際為定子電幅值的定值。此給值與轉(zhuǎn)磁極位角度的正弦相乘得三相正弦電的瞬時(shí)定值。它們永磁同電動機(jī)生成的合成流矢量轉(zhuǎn)子d軸垂直且超前三相電瞬時(shí)給定值定后，過變頻器輸三相對交流電到永同步電動機(jī)定子三相繞中，產(chǎn)與電流幅值正比的磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)工作電動運(yùn)狀態(tài)。變頻節(jié)可采電壓源型SPWM頻器，可采用電流環(huán)跟蹤控制型P頻器。不同上述的種方，本文統(tǒng)采用了電空間矢的控制策(SVPWM)。制動可采用再生發(fā)制動正向電運(yùn)行時(shí)速度節(jié)器的定為“”輸出為-”正向制動后速度調(diào)器輸出為“十”，三相給電流反向，即電流成矢量由原的超前軸9變?yōu)闇?，轉(zhuǎn)矩向反向成為動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于制動態(tài)。當(dāng)把速調(diào)節(jié)器的給變?yōu)椤啊?，那么其出即為十”，三相流產(chǎn)生的合成量在反轉(zhuǎn)方上超前軸9，電動將產(chǎn)生反向磁轉(zhuǎn)矩電動機(jī)反6

轉(zhuǎn)。如果需基速以上的磁調(diào)速最簡單的方是利用樞反應(yīng)削弱久勵(lì)磁，也是控制定子流的直量，使其起去磁作。但由于稀永磁材的磁導(dǎo)與空氣接近磁阻很，相當(dāng)于定子間有大的有效氣。利用樞反應(yīng)磁的方法需較大的子電流直軸量，作短期運(yùn)行，種方法以接受但長期弱磁行必須用特殊的弱方法。由于伺系統(tǒng)不需要作在弱區(qū)，所以，文采用軸電流為零矢量控制方。3DSP在電機(jī)控制中應(yīng)用3.1DSP芯片的基特征數(shù)字信處理器DigitalPrcessor)，是一種特別合于進(jìn)行數(shù)信號處運(yùn)算的微處器。自979年生以來短短二十年間，顯示了巨大的用潛力，在號處理通信、語言圖形圖、軍事、儀儀表、動控制家用電器等域，得到廣的應(yīng)用起著可替代作用，其主要應(yīng)用特是實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各數(shù)字信號處算法。般具有如下一些點(diǎn)：(1)一個(gè)指周期內(nèi)可完一次乘和一次加法(2)序和數(shù)空間分離，以同時(shí)問指令和數(shù)；(3)內(nèi)具有速RAM，?？赏í?dú)立的數(shù)據(jù)線在兩中同時(shí)訪問(4)有低開或大開銷循及跳轉(zhuǎn)硬件支持；(5)有在單期內(nèi)操作的個(gè)硬件址產(chǎn)生器，以并行行多個(gè)操作支持流線操作，使值、譯和執(zhí)行等操可以重執(zhí)行。在自動制系統(tǒng)中，DSP的高計(jì)算能顯示比一般處理器更多優(yōu)點(diǎn)，具廣闊的應(yīng)用景。利DSP的高速算能力以增加采樣度和完復(fù)雜的號處理和控算法，Kalman波、自應(yīng)控制矢量制、狀態(tài)觀器等復(fù)雜法利用DSP片可以便地實(shí)現(xiàn)。的號處理能力可用來少位置、速、磁通等傳器，無感器運(yùn)行之以成為能。在自適系統(tǒng)中系統(tǒng)參和狀態(tài)變量過狀態(tài)測器的計(jì)算采用DSP有地實(shí)現(xiàn)。同，由于高運(yùn)算度，可有效地于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏化地運(yùn)動控系統(tǒng)。7

實(shí)際工應(yīng)用中，高速能還可消除噪污染和不精的輸入反饋信號數(shù)據(jù)對要求速度快的PWM控制算如空間矢量算。3.2TMS320F2812A的基本特性3.2.1DSP是一種特殊途的單機(jī)，其結(jié)構(gòu)下圖所3.2.2內(nèi)核概述TMS320F2812DSP內(nèi)采Harvard構(gòu)體系即相獨(dú)立的據(jù)總線，提了片內(nèi)程存儲器和數(shù)存儲器、算單元一個(gè)2算術(shù)輯單元、一2位累加、一個(gè)6位乘器和一個(gè)1桶形移器組成體系采串行結(jié)構(gòu)，用流水技術(shù)加快程的運(yùn)行，在一個(gè)理周期內(nèi)完乘法加和移位計(jì)算其內(nèi)核算速度為20MIPs(一個(gè)令周期50ns)。設(shè)有AD換大容量存儲器，位和2位的時(shí)器比較單、捕獲元、PWM形發(fā)生、高速異同串行口獨(dú)立可編程用IO組成，中通過個(gè)通用定時(shí)和九個(gè)較器的結(jié)合產(chǎn)多達(dá)l2的PWM輸出合靈的波形生邏輯和死發(fā)生單能生成對稱、對稱以及帶死區(qū)時(shí)的空間矢量形DSP芯片中集的這些能大大簡了整個(gè)控制統(tǒng)。此,該SP具有快的中斷理能力，及件尋址控制數(shù)據(jù)指針逆尋址等種特有的功，將有于TMS320F2812A在電機(jī)控制中作用。3.2.3DSP在電機(jī)控制的應(yīng)用TMS320F2812A是典的集成SP機(jī)控制，已廣泛運(yùn)于三相流感應(yīng)電機(jī)、永同步電動機(jī)無刷直電動機(jī)等全矢量控的系統(tǒng)中，可獲得為理想控制效果。TMS320F2812A片特別合于電機(jī)控，主要力于其功能強(qiáng)大事件管理器事件管器具有分為等優(yōu)先的四十個(gè)中，其中非法地訪問中斷(Illegal能夠在程序“飛”的況下復(fù)位芯；PWM鎖中斷PDPINT)能夠在電控制異的情況下封PWM出，保證了統(tǒng)故障性理的實(shí)時(shí)性事件管器還提供了個(gè)功能大的l6定時(shí)器GPTIMERx(x=l，23)，三者可互相獨(dú)立，可級聯(lián)用，可以多方式產(chǎn)l28

路WM號。DSP制流程如下示：3.3DSP在電機(jī)量控制所起的作用(1)收由光編碼輸入的相增量數(shù)字沖信號A；a將兩相信號行四倍；b形成位置信C形成速度信d根據(jù)兩相信邊沿變的先后次序判別電旋轉(zhuǎn)方向。(2)據(jù)光學(xué)碼器輸人的號A、B、、V、略確定和精確定轉(zhuǎn)子磁極軸線對于A相繞組軸線的轉(zhuǎn)。(3)度比較并給轉(zhuǎn)矩參數(shù)據(jù)及作校補(bǔ)償計(jì)。(4)受模擬的實(shí)的三相流，并將其數(shù)字化理，然后作相兩相變換。(5)電流命信號實(shí)際電相比較，然進(jìn)行校補(bǔ)償處理，三相兩相變換最后確定PWM的脈寬系數(shù)，進(jìn)輸出六信號至功放。(6)受故障號，行中斷首先切斷主源，并時(shí)中斷PWM輸出，發(fā)出中斷令，同時(shí)進(jìn)故障診，判別并輸故障種信號至顯示路。3.4基于SP交流PMSM服系統(tǒng)以TMS320F2812A為控核心，智能控制模(IPM)為率變換裝置設(shè)計(jì)了一套整的基于DSP的MSM數(shù)字交伺服驅(qū)動系，總體構(gòu)如下圖所。整個(gè)系由軟件、硬兩大部組成。系統(tǒng)件主要能有:速調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)矢量變換、速及轉(zhuǎn)位置估算、壓空間量控制、與位機(jī)通等。TMS320F2812A電機(jī)專控制DSP，集成了當(dāng)多的電機(jī)制外圍路，這使得統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)得非常單。硬件部主要包:DSP最小系、人機(jī)口、整逆變裝置、流檢測電平變換、電碼盤號采集、系保護(hù)等9

圖3-1PMSM矢控制統(tǒng)總體構(gòu)4系統(tǒng)硬件設(shè)在以往工業(yè)控制中要是由片機(jī)承擔(dān)控核心的務(wù)。隨著SP技術(shù)的發(fā)展和制要求的提，越來多的工業(yè)控產(chǎn)品采DSP片。目前，國的I公司、Motorola司、司都推出了用于電控制的DSP。這一度集成化的件代表了傳微處理及通用DSP理器方案的大突破使電機(jī)驅(qū)動及調(diào)速制更為簡單行。與它方案相比以SP核心的服系統(tǒng)提供更好的電性能、更低能耗、高的可靠性靜音運(yùn)。此類專用片具有強(qiáng)的實(shí)運(yùn)算能力，集成了機(jī)控制的外設(shè)備，設(shè)計(jì)者只需加較少硬件設(shè)即可實(shí)現(xiàn)電控制系，在提高系性能的時(shí)降低系統(tǒng)用，大提高了價(jià)比。目前，用最多的電專用控SPMS320X2812,X是CF，視其是采用了LASH存儲器TMS320X2812是美國I司推的高性6位數(shù)字信處理器。它專門為電機(jī)數(shù)字化制設(shè)計(jì)的，別適用電機(jī)的高性控制。4.1TMS320F2812A的主要技術(shù)特如下:(1)T320C2XLP內(nèi)核，配哈佛結(jié)和四流水線業(yè)設(shè)，指令行速度很。在20MHz的部時(shí)鐘頻率，指令期僅50ns10

(2)儲器。544x16片內(nèi)數(shù)編程尋R16K字內(nèi)可編ROM或速存儲，最大可尋空間為24K字。(3)件管理模塊(EV)。3個(gè)16通用定器，可作于6種模。脈沖寬度調(diào)電路，它由間向量WM路、死發(fā)生和輸出輯電路組成可提供2路PWM輸出。正交脈沖編碼路可用速度和位置測。(4)它片內(nèi)設(shè)。通道共32轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換精為1，轉(zhuǎn)換時(shí)間可編程置，最短為56可獨(dú)立程復(fù)用0?；谙喹h(huán)(時(shí)鐘模使外部要具有2-32M.體振蕩器即產(chǎn)生所的CPU鐘。SCI行通訊塊可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)之間通訊。SPI外圍備接口塊。(5)活簡潔指令?？稍谥芷趦?nèi)完成16X16乘法運(yùn)和后續(xù)的加減操作(6)種低功運(yùn)行式，采基于JTAG掃的仿真技術(shù)(7)斷資源富，供了三8級屏蔽中，外部中斷邊沿中。4.2PMSM控制系硬件框見圖4-1圖4-1PMSM控制系統(tǒng)硬件圖4.3電流檢DSP供了兩12位A換模塊，可現(xiàn)最多32模擬信采集。兩個(gè)D模塊可同進(jìn)行轉(zhuǎn)換，證了被集量的同相。本系應(yīng)用A\D模塊完成相定子電流采集。由于模塊只許0-5V模擬輸信號，此需要對霍元件的檢測進(jìn)行放大和平遷移4.4轉(zhuǎn)速測和轉(zhuǎn)子極位置檢測由于DSP提供了富并且用的片上外資源，以與見的處方法相比，本統(tǒng)的外部硬電路只對碼盤的反信號進(jìn)隔離放大，續(xù)的計(jì)全部由SP現(xiàn)，降了系統(tǒng)硬件計(jì)的復(fù)程度。用于置和速測量的DSP外部接如圖4-2,中PCA,PCB是從合碼盤引出的增量光電脈信號，兩路信相位相差90。C2,C4,C8為從混合碼盤到的反電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕對置的光電信，按格碼規(guī)律變化下面簡為格雷碼信。隔離大環(huán)節(jié)光電脈沖信進(jìn)行整放大。11

整形后信號PCA連接SPCAP1,

CAP3腳，接到CAP2,CAP4管腳。格雷信號1,C2,C4,C8別接到SP個(gè)通用O端口OPAO,IOPA1,IOPA2,IOPA3。Cl時(shí)還連到外部中斷損組管腳INT2和INT3。化頻率是2一倍，C2,C4的倍。頻率，但相位差9。圖4-2伺系統(tǒng)速和轉(zhuǎn)子位置量外部線4.5

系統(tǒng)主路交流伺控制的主電主要是電力半導(dǎo)體件組成在交流伺服制器的主回中，電力半體器件開關(guān)方式工。電力子器件發(fā)展歷了三階段閘管階;門可關(guān)斷閘管GTO)大功率體管GTR)段;絕門極晶體(IGBT)段。近年來國外廠推出智功率模塊(IPM)并為許多戶接受本系統(tǒng)主回路采用能功率塊(IPM)構(gòu)成變頻裝，IPM主要點(diǎn)有:(1)它是先的混集成功器件，由高、低耗片和優(yōu)的門極驅(qū)動保護(hù)電路構(gòu)。(2)實(shí)現(xiàn)高的過和短路護(hù)。集成了過和欠壓定保護(hù)電路系統(tǒng)的靠性得到進(jìn)步提高IPM故障情下的自保護(hù)力，減了器件在開發(fā)和用中過載損機(jī)率。(3)IPM集成了動和保電路，通態(tài)耗和開損耗都比較，因此熱器減，從而也減了系統(tǒng)寸。(4)本論文設(shè)計(jì)的主電如圖4-3示，塊采用本三菱公司產(chǎn)的七合模塊，采用壓空間量PWM變頻調(diào)速方法三相空開關(guān)QF1，其后元件或路的短起到保護(hù)作。并聯(lián)的三壓敏電RV1,2,3對輸入涌電壓有一限制作。接觸器KM，其三個(gè)主觸點(diǎn)用控制電源的斷，由個(gè)常開觸點(diǎn)來作為備好應(yīng)答信，還有個(gè)常閉點(diǎn)用來緊急止時(shí)，通電動機(jī)動線上的個(gè)制動電阻現(xiàn)能耗動。PWM變器主電的直流電源三相全整流電源，整流器允許流流逆向流，所以在電機(jī)轉(zhuǎn)速高速到低速過程中拖動系統(tǒng)儲的能量可能通變流器回饋電網(wǎng)，能向?yàn)V波電器C2電。這種因饋能量電12

源瞬時(shí)高的電壓稱泵升電”。泵升電會過高影響并聯(lián)在線上的有器件正常工作，至可能毀器件，故須采取施加以限制圖中的極管1二極管2、電阻R功率三極管T成了放電護(hù)電路圖4-3電路結(jié)構(gòu)理圖5系統(tǒng)軟件設(shè)5.1數(shù)字調(diào)器對于調(diào)系統(tǒng)，要求個(gè)調(diào)節(jié)的輸出都應(yīng)加限幅為避免突加定和工況突變化時(shí)調(diào)節(jié)輸出值化過于劇烈致系統(tǒng)子過壓、過，本系應(yīng)用的字P節(jié)器有輸出幅功能，結(jié)如圖-1示。圖5-1PI節(jié)器結(jié)圖PI節(jié)器工作理如下e(K)=u(K)=u(K)

式(5-1)式(5-2)式(5-3)式(5-4)式(5-5)x()x(K(K)e()iiil

式5-6)

其中是例系數(shù)積分?jǐn)?shù)是PI節(jié)器限幅誤在計(jì)算中反給控制調(diào)節(jié)積分量,調(diào)節(jié)器及時(shí)飽和.5.2電壓空矢量SVPWM電壓空矢量控制把變器和機(jī)視為一體,按照跟圓形旋轉(zhuǎn)磁來控制PWM壓.SVPWM方能夠大提高電壓利率,并有好的諧波特。圖-2電壓源逆變器示意三相電源型逆變器般由六功率開關(guān)器組成，上圖所示。上橋臂和下臂的開關(guān)狀‘1’表示，關(guān)狀態(tài)用0’表示。由逆變器上下橋臂的關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)所以用橋臂的三個(gè)關(guān)功率件來表示逆器的工狀態(tài)。率開關(guān)器件開關(guān)狀共有八種組，分別；；；；；；。其和為‘矢量’，其六個(gè)矢將電壓空間為六個(gè)區(qū)。通過八電壓空矢量的性組合可以到一組幅異相的電空間矢，獲得一個(gè)近圓形旋轉(zhuǎn)磁。在任意個(gè)的采樣周通過選基本電壓矢進(jìn)行電控制時(shí)，基電壓矢量的用順序必須零矢量始，并以零量結(jié)束圖5-3

基本電空間矢量5.3

確定參電壓矢量所扇區(qū)5.3.1首先將參電壓從坐標(biāo)按下式變到三相靜坐標(biāo)系式（5-7其中是考電壓在坐系下的量，為參考壓在三靜止坐標(biāo)系的分量。，，

式（5-8扇區(qū)號=A+2B+4C

式（5.3.2根據(jù)參考壓所在扇區(qū)選擇兩參考電壓矢相鄰的本電壓矢量并計(jì)算采樣周期T這兩個(gè)壓矢量作用時(shí)間。14

設(shè)定，按下式計(jì)算三個(gè)中變量XY、，然后根據(jù)（5-1）即可。3VVDCT3/VV2DCTDCT/22VDCTDCT表（給出了、Y、和的對應(yīng)關(guān)

式（）表（、、Z的對應(yīng)關(guān)系5.4更新全較單元較寄存器，現(xiàn)輸出由上面算，通過下可得PWMPRD)/aon12bonaontcon2

式（）其中PWMPRD=T2，T采樣周期然后按（5-2）新相應(yīng)比較寄存器表（比較寄器更新原則下圖給了參考電壓量在第扇區(qū)時(shí)PWM輸出情，在其扇區(qū)的情況與其相，其中是零量的作時(shí)間。圖5-4參考電壓矢量第三扇區(qū)時(shí)WM輸出情

5.5轉(zhuǎn)子磁位置檢和速度檢測根據(jù)MSM的矢量控原理可高精度的轉(zhuǎn)磁極位檢測和速度測對于永磁步電動機(jī)伺控制系有著重要的義,直影響系的性能。而于DSP永磁同電動機(jī)轉(zhuǎn)子置檢測速度檢測方充分利了DSP資源，實(shí)簡單，能可靠，與統(tǒng)方法比簡化了系硬件設(shè)，提高系統(tǒng)能的價(jià)比。5.5.1DSP內(nèi)部資源分配在DSP三個(gè)定器中，TIMER1用定時(shí)器，在統(tǒng)設(shè)計(jì)用來控制電環(huán)采樣周、計(jì)算周期速度環(huán)算周期。TIMER2工作于較模式來產(chǎn)生比較中斷實(shí)MT速度檢。TIMER3作計(jì)數(shù)，工作模式定為雙循環(huán)計(jì)數(shù)，配合路，對倍后的光電沖信號行加、減計(jì)。的CAP1CAP2管是復(fù)用腳，可用于獲單元QEP電路在本系中用于QEP路，在SP部進(jìn)行倍頻，時(shí)器數(shù)寄存（T3CNT）對四倍后的信號進(jìn)累加或減計(jì)數(shù)。當(dāng)行累加作時(shí)寄存器的最高位自置1，反之，是加運(yùn)算是減運(yùn)由電機(jī)的旋方向決，由此可認(rèn)為PTCON的最位體現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)向。CAP3和CAP4作俘獲單元在軟件中將定義為檢測沖的雙沿，當(dāng)有邊來臨，論是上升沿是下降都觸發(fā)部中斷。C1連到硬件斷檢測管腳INT2XINT3上，負(fù)責(zé)檢測1信號的升沿，XINT3責(zé)檢測1下降沿每當(dāng)檢到1沿就觸一個(gè)外部中。因?yàn)镃1、C8連接IO口A低四位引腳因此通讀I口A可確定格雷碼號當(dāng)前值。5.5.2MT測速速度檢的精度直接制了伺系統(tǒng)的性能而采用量式光電碼作為速度檢器件具有一列優(yōu)點(diǎn)包括輸出天的數(shù)字，容易和數(shù)電路匹，高精度可以做到很的分辨，有可以做大量程工作范圍；干擾能強(qiáng)；信處理電路簡、容易慣量小?；诠獯a盤基礎(chǔ)上數(shù)字測法有M、T法、MT法。其中M法是用計(jì)裝置記取間間隔內(nèi)光碼盤輸?shù)拿}沖數(shù)來算速度該方法由于速時(shí)脈16

數(shù)少，低速運(yùn)行時(shí)測精度。而T法采記時(shí)器取碼信號相的兩個(gè)脈沖間的間間隔來計(jì)速度，方法由于高時(shí)間脈時(shí)間間隔很，在電高速運(yùn)時(shí)很不方便而MT兼有法和T法的點(diǎn)，在速和低速段具有較高的分率。設(shè)所用速碼盤每轉(zhuǎn)生個(gè)脈，在測速時(shí)時(shí)間內(nèi)測速脈沖記值為m1時(shí)間基準(zhǔn)沖為m2則電動轉(zhuǎn)速為：，其中為間基準(zhǔn)沖頻率。實(shí)現(xiàn)T測速的鍵是測量mm2用定時(shí)2當(dāng)高頻脈源，時(shí)周期設(shè)定為.8定時(shí)器2計(jì)寄存器T2CNT）累計(jì)2，定時(shí)器計(jì)數(shù)寄存器T3CNT負(fù)責(zé)累測速光電脈和計(jì)算1，其速度測精度到0.1轉(zhuǎn)鐘。圖-5MT法測速原理5.5.3轉(zhuǎn)子磁極置計(jì)算為了提系統(tǒng)的性能采用粗結(jié)合的轉(zhuǎn)子極位置量方法,即是格雷碼信號行粗定位,用增量光電脈信號進(jìn)行精位。以一極機(jī)為例，單利用4格雷碼號測量轉(zhuǎn)子極位置電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周生16絕對位信息，每兩相鄰位之間相差2度，位置測誤差可達(dá)到2.5。單獨(dú)用增量式碼，無法行初定位，在累加過程誤差不斷計(jì)必然導(dǎo)致量解耦件破壞，從造成系失控。為了服上述題，將子位置檢測兩部分理：永磁同電動機(jī)子磁極位置初始定通過讀格雷碼信號得，最檢測誤差為1.25，電機(jī)