基于DSP的永磁同步電機全數字變頻

    調速控制系統的設計

    景軍鋒¹，康雪娟²

(1西安工程大學，陜西西安710048；2西安航空技術高等專科學校，陜西西安710077)

    摘要：介紹了將先進的電機控制專用數字信號處理器(DSP)芯片和矢量控制算法相結合進行的永磁同步電機控制，開發了技術先進的伺服控制器。試驗結果表明：該控制系統有較好的動態性能和穩態精度，并且具有結構簡單，設計合理，控制靈活等特點。

    關鍵詞：永磁同步電機；矢量控制；智能功率模塊

    中圖分類號：TM921 51：TM351  文獻標識碼：A文章編號：1673-6540(2010)02-0043-04

0 引言

   永磁同步電動機(PMSM)具有結構簡單、運行可靠、體積小、重量輕，以及具有較高的效率和功率因數等優點，已廣泛應用于工業機器人、數控機床、柔性制造系統等各種自動化設備領域。目前，數字化交流伺服調速系統采用的調速方法是當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制(SVPWM)。SVPWM控制方法與經典的脈寬調制(PWM)控制方法相比，具有直流電壓利用率高、控制簡單、損耗小、便于數字化方案實現等優點，現已有取代傳統正弦脈寬調制(SPWM)控制的趨勢^[1]。

    由于矢量控制算法要在很短的周期內采集PMSM轉子的電流、電壓等參數，并進行計算，輸出控制量，一般的微處理器很難達到要求，因此本文介紹的系統采用德州儀器(TI)公司的電機專用芯片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，設計PMSM的全數字變頻調速控制系統。利用TMS320LF2407A的高速處理能力和面向電機控制的外圍接口，使得整個全數字變頻調速控制系統具有控制精度高，實時陛強，硬件結構簡單”。的特點。

1 PMSM數學模型及控制原理

  三相PMSM在d-q坐標系下，其定子電壓方程為：

式中：u_d、i_d——定子電壓和電流在d軸的分量；

      u_q、i_q——定子電壓和電流在q軸的分量；

      R_s——定子相電阻；

      P——微分算子；

     ω_r——轉子電角度；

     n_p——轉矩繞組的極對數；

      T_L——負載轉矩，其方向與電磁轉矩相反；

     Ψ_d,Ψ_q——分別為定子繞組d，q軸磁鏈。

    電機動態特性的調節和控制完全取決于動態中能否簡便而精確地控制電機電磁轉矩輸出。在忽略轉子阻尼繞組影響的條件下，由電磁轉矩方程可知，PMSM的電磁轉矩基本上取決于交軸電流和直軸電流，對力矩的控制最終呵歸結為對交軸和直軸電流的控制。目前PMSM的電流控制策略主要有：i_d=O控制；力矩電流比****控制；cosφ=l控制。本系統采用i_d=O控制，該方法由于電樞反應沒有直軸去磁分量而不會產生去磁效應，不會出現永磁電機退磁而導致電機性能變壞的現象，能保證電機的電磁轉矩和電樞電流成正比，實現了轉矩的線性化控制。要實現i_d=O的解耦控制，通常有兩

2系統的硬件設計

    為滿足電機控制系統的發展需要，20世紀90年代末，Ⅱ公司推出了TNS320x24x系列數字信號處理器(DSP)，該系列DsP芯片專為實現高精度、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，但其需要實時測量i。和ωr，并做npωrLqiq的乘積運算。這種方法的測量精度和控制實時性都會影響到控制性能，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，伺服系統輸出電流諧波分量小，無穩態誤差，穩定性好。本系統選用例積分型直流控制方式。

    從對PMSM數學模型的分析可知：定子電