Design of PMSM Speed Control System based on DSP
摘要：本文通過對永磁同步電動機調(diào)速的理論分析，以及磁場定向控制的研究，從理論上證明了磁場定向控制在交流電機調(diào)速領(lǐng)域上的又一次重大發(fā)展。并用DSP對一臺1.05千瓦的永磁正弦波交流伺服電動機實際控制，充分驗證了理論設(shè)計的可靠性和實用性。最后得出了一些重要的實驗結(jié)果。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動機，矢量控制，磁場定向控制，逆變器
Abstract: Through the theory analyses of PMSM timing and the research of field orientable control, this paper theoretically prove another great achievement of field orientable control in the fields of AC motor timing. The reliability and practicality of this theory design are testified by experimental operation of a 1.05kW PMSM, and finally obtain some crucial experimental parameters and outcomes.
Key words: PMSM，Vector control, Field orientable control, Inverter
1 引言
永磁同步電動機主要用于千瓦級的伺服傳動系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)常用于快速、正確、精密的位置控制場合，因此要求電動機有大的過載能力，小的轉(zhuǎn)動慣量，小的轉(zhuǎn)矩脈動等特性；控制系統(tǒng)有盡可能高的通頻帶和放大系數(shù)，以使整個伺服系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。永磁同步電動機體積小，重量輕，效率高，轉(zhuǎn)子無發(fā)熱問題，控制系統(tǒng)較異步電動機簡單。因此由永磁同步電動機組成的伺服系統(tǒng)已受到國內(nèi)外的普遍重視，廣泛用于柔性制造系統(tǒng)、機器人、辦公室自動化、數(shù)控機床等領(lǐng)域。本文將對永磁同步電動機的調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)計研究。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計原理框圖如圖1。
整個系統(tǒng)由主回路和控制回路兩個部分組成。主回路包括：智能功率模塊（IPM）、永磁同步電動機（PMSM）、轉(zhuǎn)子位置和速度檢測器、電流傳感器、不可控三相整流電路�？刂苹芈钒ǎ篢MS320LF2407評估板（EVM）[該評估板內(nèi)含電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、矢量變換器、PWM生成器以及轉(zhuǎn)速變換器的功能]和三相門極驅(qū)動電路以及作為操作與顯示單元的上位計算機。
圖 1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計原理框圖
(1) 控制單元采用TMS320LF2407 EVM板，所有控制算法都由DSP控制器來完成。DSP控制器的比較單元和PWM電路生成的SVPWM信號，送入智能功率模塊（IPM）后，控制IPM中的六只絕緣柵雙極晶體管（IGBT）；接收電流傳感器信號，位置、速度傳感器信號；通過RS232接口與上位計算機進行通訊；通過JTAG口與仿真器相連。
(2) 本設(shè)計使用三菱公司推出的PS21867模塊。該智能功率模塊（IPM）采用第5代IGBT工藝，內(nèi)置優(yōu)化后的柵級驅(qū)動和保護電路，輸出功率強勁的三相波形。具有低成本、小型化、高可靠性、易使用等特點。1/4開關(guān)頻率可達15KHz。
(3) 檢測電路：a. 兩相電流由霍爾傳感器檢測，經(jīng)電流檢測電路變換為EVM A/D轉(zhuǎn)換器能夠接收的信號，兩相電流同時轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換時間大約6.6us。b. PMSM編碼器的輸出直接接至DSP控制器QEP單元來獲取電機轉(zhuǎn)子位置和速度的信息。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
整個程序主要由系統(tǒng)主程序、PWM程序、定時中斷程序等組成。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖2。
首先系統(tǒng)對DSP及其他外圍器件進行初始化；然后設(shè)置允許中斷INT1、INT2和INT4，其中INT1只在PDPINT有效時被激活，INT4響應(yīng)位置傳感器的零標記脈沖，INT2在定時器1計數(shù)溢出時響應(yīng)，執(zhí)行系統(tǒng)的算法控制模塊；此外還要進行一些運行參數(shù)和控制循環(huán)的標記的設(shè)置；最后就進入后臺等待狀態(tài)，隨時響應(yīng)各中斷，運行中斷服務(wù)程序。
中斷服務(wù)程序的簡單設(shè)計框圖如圖2。它們在結(jié)構(gòu)上比較類似，都遵循響應(yīng)中斷→系統(tǒng)狀態(tài)保存→清中斷標記→執(zhí)行中斷服務(wù)→恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)→結(jié)束這樣的基本順序。
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