基于DSP的永磁同步电机全数字变频

    调速控制系统的设计

    景军锋¹，康雪娟²

(1西安工程大学，陕西西安710048；2西安航空技术高等专科学校，陕西西安710077)

    摘要：介绍了将先进的电机控制专用数字信号处理器(DSP)芯片和矢量控制算法相结合进行的永磁同步电机控制，开发了技术先进的伺服控制器。试验结果表明：该控制系统有较好的动态性能和稳态精度，并且具有结构简单，设计合理，控制灵活等特点。

    关键词：永磁同步电机；矢量控制；智能功率模块

    中图分类号：TM921 51：TM351  文献标识码：A文章编号：1673-6540(2010)02-0043-04

0 引言

   永磁同步电动机(PMSM)具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻，以及具有较高的效率和功率因数等优点，已广泛应用于工业机器人、数控机床、柔性制造系统等各种自动化设备领域。目前，数字化交流伺服调速系统采用的调速方法是当前理论成熟并且非常流行的矢量控制算法，即电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。SVPWM控制方法与经典的脉宽调制(PWM)控制方法相比，具有直流电压利用率高、控制简单、损耗小、便于数字化方案实现等优点，现已有取代传统正弦脉宽调制(SPWM)控制的趋势^[1]。

    由于矢量控制算法要在很短的周期内采集PMSM转子的电流、电压等参数，并进行计算，输出控制量，一般的微处理器很难达到要求，因此本文介绍的系统采用德州仪器(TI)公司的电机专用芯片TMS320LF2407A作为主控芯片，采用三菱公司的第四代智能功率模块(IPM)PS21865，设计PMSM的全数字变频调速控制系统。利用TMS320LF2407A的高速处理能力和面向电机控制的外围接口，使得整个全数字变频调速控制系统具有控制精度高，实时陛强，硬件结构简单”。的特点。

1 PMSM数学模型及控制原理

  三相PMSM在d-q坐标系下，其定子电压方程为：

式中：u_d、i_d——定子电压和电流在d轴的分量；

      u_q、i_q——定子电压和电流在q轴的分量；

      R_s——定子相电阻；

      P——微分算子；

     ω_r——转子电角度；

     n_p——转矩绕组的极对数；

      T_L——负载转矩，其方向与电磁转矩相反；

     Ψ_d,Ψ_q——分别为定子绕组d，q轴磁链。

    电机动态特性的调节和控制完全取决于动态中能否简便而精确地控制电机电磁转矩输出。在忽略转子阻尼绕组影响的条件下，由电磁转矩方程可知，PMSM的电磁转矩基本上取决于交轴电流和直轴电流，对力矩的控制最终呵归结为对交轴和直轴电流的控制。目前PMSM的电流控制策略主要有：i_d=O控制；力矩电流比****控制；cosφ=l控制。本系统采用i_d=O控制，该方法由于电枢反应没有直轴去磁分量而不会产生去磁效应，不会出现永磁电机退磁而导致电机性能变坏的现象，能保证电机的电磁转矩和电枢电流成正比，实现了转矩的线性化控制。要实现i_d=O的解耦控制，通常有两

2系统的硬件设计

    为满足电机控制系统的发展需要，20世纪90年代末，Ⅱ公司推出了TNS320x24x系列数字信号处理器(DSP)，该系列DsP芯片专为实现高精度、种方法：电压前馈解耦控制和电流反馈跟踪控制。电压前馈解耦控制是一种完全线性化的解耦控制方案，它能使id、iq完全解耦，但其需要实时测量i。和ωr，并做npωrLqiq的乘积运算。这种方法的测量精度和控制实时性都会影响到控制性能，因此，要做到完全解耦是很困难的。电流反馈跟踪控制采用比例积分型直流控制方式，伺服系统输出电流谐波分量小，无稳态误差，稳定性好。本系统选用例积分型直流控制方式。

    从对PMSM数学模型的分析可知：定子电