摘要：設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號(hào)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(dòng)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(tái)，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)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(dòng)控制；數(shù)字信號(hào)處理器；智能功率模塊

中圖分類號(hào)：tm341; tm351    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848(2010)07-0050-03

    近年來，永磁同步電機(jī)以其功率密度高、效率高、動(dòng)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(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于對(duì)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(jì)金數(shù)字的永磁同步電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。

    由于轉(zhuǎn)子磁鏈職恒定不變，故永磁同步電機(jī)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)力矩的控制參數(shù)的解耦，大大簡(jiǎn)化了控制過程。其控制原理如圖1所示，位置誤差信號(hào)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(hào)wt，計(jì)算速度誤差信號(hào)，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(hào)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(hào)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(hào)，控制電壓源逆變器開關(guān)狀態(tài)，實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

    根據(jù)矢量控制原理，設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)電路板。

    控制電路板由tms320lf2407a芯片、電源模塊、電流檢測(cè)模塊、編碼器信號(hào)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(dòng)電路板由單相不可控整流橋db35 -10、功率模塊pm20csj060、驅(qū)動(dòng)和隔離電路、故障檢測(cè)寫保護(hù)電路等組成。

    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(duì)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(hào)，故需要將傳感器的輸出電流經(jīng)過信號(hào)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(cè)的麗路正交位置脈沖信號(hào)a和b-路零位脈沖信號(hào)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(hào)，送入qep1、qep2和qep3接口。

    由于ipm內(nèi)部集成了icbt驅(qū)動(dòng)電路，所以在使用時(shí)可將dsp輸出的pwm信號(hào)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(hào)輸入端，pwm信號(hào)隔離電路如圖3所示。

    ipm中u、v、w三相的每個(gè)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(gè)保護(hù)電路。以u(píng)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(dòng)作時(shí)，ufo輸出一低電平。由此設(shè)計(jì)ipm故障保護(hù)如圖4所示，pm三相上橋臂的故障輸出信號(hào)ufo. vfo、wfo和下橋臂的故障輸出信號(hào)fo經(jīng)低速光耦pc817后，經(jīng)與門邏輯作用，只要其中有一個(gè)故障，就會(huì)在與門的輸出產(chǎn)生一個(gè)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(hào)，此時(shí)