全数字永磁同步电机运动控制系统的设计
孙环阳，黄筱调，洪荣晶，裴亮
（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009）
摘要：设计了一种基于数字信号处理器( tms320lf2407a)和智能化功率模块(pm20csj060)的全数字永磁同步电机运动控制系统，重点介绍了系统的硬件结构和软件实现方法，并搭建实验平台，实验表明该系统具有良好的动态响应和调速特性。
关键词：永磁同步电机；运动控制；数字信号处理器；智能功率模块
中图分类号：tm341; tm351 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)07-0050-03
0引 言
近年来，永磁同步电机以其功率密度高、效率高、动态响应快、调速范围宽、定位精确等优点，成为了高精度、微进给的****执行机构之一，在数控机床、工业机器人以及精密雷达等运动控制领域得到了广泛的应用。由于对系统的高精度、高稳定性和高抗干扰性的要求越来越高，因此设计金数字的永磁同步电机运动控制系统具有十分重要的意义。
1 pmsm矢量控制原理
由于转子磁链职恒定不变，故永磁同步电机运动拉制系统通常采用转子位置定向的矢量控制方式，本文采用id=0的电流控制方法，此时电磁转矩只与定子电流的交轴分量成正比，实现了对力矩的控制参数的解耦，大大简化了控制过程。其控制原理如图1所示，位置误差信号经过位置调节器pi调节后，输出转子转速给定信号wt，计算速度误差信号，经速度调节器pi调节后，输出直轴与交轴电压指令信号ud和uq，经过park逆变换得到定子静止两相坐标系统中的电压指令信号ud和up，利用电压空间矢量调制技术( svpwm)获得实际三相电压svpwm信号，控制电压源逆变器开关状态，实时控制电机的转矩。
2系统的硬件组成
根据矢量控制原理，设计系统的硬件结构如图2所示。考虑到系统的抗干扰性，实现强弱电隔离，将系统硬件分为两个部分：以dsp tms320lf2407a为核心的控制电路板（虚线内部分）和基于ipm的功率驱动电路板。
控制电路板由tms320lf2407a芯片、电源模块、电流检测模块、编码器信号脉冲整形电路、仿真接口、rs232通信接日、键盘与显示器接口等组成。功率驱动电路板由单相不可控整流桥db35 -10、功率模块pm20csj060、驱动和隔离电路、故障检测写保护电路等组成。
2.1信号检测电路
由于系统采用的永磁同步电机为星型联接，定子三相电流完全对称(ia+ib+ic=o)，因此只需采样两相电流即可。这里选用可调电流霍尔传感器la28 -np，选用1000：5的匝数比，传感器输出电流值为(0~+lo)ma。而tms320lf2407a的a/d转换器可接受的采样范围是(o~3.3)v单极性信号，故需要将传感器的输出电流经过信号调理电路之后，送人adcino和adcin1转换口进行采样。
系统采用集电极开路输出的1024线增量式编码器检测的丽路正交位置脉冲信号a和b-路零位脉冲信号z经光耦隔离和电阻分压后，转换为dsp可接受o和3.3 v信号，送入qep1、qep2和qep3接口。
2.2 ipm信号隔离及故障保护电路
由于ipm内部集成了icbt驱动电路，所以在使用时可将dsp输出的pwm信号经光耦hcpia505芯片隔离后送入74ls244锁存器后，再输出给ipm的pwm信号输入端，pwm信号隔离电路如图3所示。
ipm中u、v、w三相的每个上桥臂都具有自己独立的scc短路）、oc（过流）、uv（欠压）和ot（过热）四种自保护电路，而下三桥臂共用一个保护电路。以u相上桥臂为例，当u相任意一种短路、过流、欠压、过热保护电路动作时，ufo输出一低电平。由此设计ipm故障保护如图4所示，pm三相上桥臂的故障输出信号ufo. vfo、wfo和下桥臂的故障输出信号fo经低速光耦pc817后，经与门逻辑作用，只要其中有一个故障，就会在与门的输出产生一个低电平，经低通滤波器，送人到基本rs触发器的s端，使触发器寄存此故障信号，此时 |
