【正文】 進制的編碼盤，圖中空白部分是透光的，用“ 0”來表示 。 光電編碼器的介紹：光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來表示與光電編碼器相連的電機轉(zhuǎn)子的位置信息的。選擇零矢量是遵循功率開關(guān)次數(shù)最小原則，由此得到： T0=TpwmT1T2， 電機的位置檢測原理 光電編碼器在電機控制中的應(yīng)用： 電機的位置檢測在電機控制中是十分重要的，特別是需要根據(jù)精確轉(zhuǎn)子位置控制電機運動狀態(tài)的應(yīng)用場合，如位置伺服系統(tǒng)。 矢量 Uref 在 T 時間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和 Ux、 Uy、 U0 分別在時間Tx、 Ty、 T0 內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。這八個矢量和就稱為基本電壓空間矢量，根據(jù)其相位角的特點分別命名為 U000、 U0、 U60、 U1 U180、U2 U300、 U111，其中 U000 和 U111 稱為零矢量。的三相平面靜止坐標系上，可以定義三個電壓空間矢量 UA(t)、UB(t)、 UC(t)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差 120176。 SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。這樣電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。 當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻壓降在式（ ）中所占的成分很小，可忽略不計，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為： tdd ss Ψu ? （ ） ?? tdss uΨ （ ） 磁鏈軌跡 :當(dāng)電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電 動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（一般簡稱為磁鏈圓）。合成空間矢量：由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量 us 是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的 3/2 倍 。以上即是永磁同步電機在同步旋轉(zhuǎn)坐標 dq 軸系下的數(shù)學(xué)模型。 3） 永磁同步電機在 dq 坐標系上的數(shù)學(xué)模型 在 dq 坐標系下建立永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，對于分析永磁同步電機控制過程系基于 DSP的永磁同步電機控制 第 16 頁 共 74 頁 統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能都十分方便。 下面介紹永磁同步電機在各個坐標系下的數(shù)學(xué)模型： 1） 永磁同步電機在 ABC 坐標系上的數(shù)學(xué)模型 對于三相繞組電動機，在忽略了內(nèi)部繞組電容的前提下，其 電壓矢量和磁鏈矢量 ： rsss IL ?? ?? () dtdIRU ssss ??? () 其中： sU 為定子電壓矢量， sR 和 sL ，分別表示定子電阻和定子電感， s? 和 r? 分別表示定子磁鏈矢量和轉(zhuǎn)子磁鏈矢量， sI 表示定子電流。但 ? 、 ? 軸是靜止的， ? 軸與 d 軸的夾角 ? 隨時間而變化，因此 si 在 ? 、 ? 軸上的分量 ?i 、 ?i 的長短也隨時間變化，相當(dāng)于 ? 、 ? 繞組交流磁動勢的瞬時值。把兩個坐標系畫在一起，如圖 24 所示。 圖 23 定子靜止坐標系與轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)坐標系 ???dq ABCαβ?120基于 DSP的永磁同步電機控制 第 12 頁 共 74 頁 下面介紹坐標變換關(guān)系： 三相定子坐標系與兩相定子坐標系變換 (3s2s) 圖 22 中繪出了 ABC 和 ??兩個坐標系，為了方便起見 ， 取 A 軸與 α軸重合。如果在 ??軸組成的兩相繞組內(nèi)通入兩相對稱正弦電流時也會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其效果與 三 相繞組產(chǎn)生的一樣。 （ 1） 三相定子坐標系 (ABC 坐標系 ) PMSM 的定子中有三相繞組，其軸線分別為 A,B,C，且彼此間互差 1200的空間電角度。 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的建立 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型主要包括電壓平衡方程、運動方程和轉(zhuǎn)矩方程。 對于永磁同步電機來說，電機的轉(zhuǎn)子是永磁體，因其參數(shù)對定子的影響相對較小，而且公共坐標系可以選擇永磁磁鏈的方向，可以極大簡化系統(tǒng)的分析，所以多數(shù)永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)采用矢量變換控制策略。交流電機都是 多變量、強耦合、時變的高階復(fù)雜系統(tǒng)，對于系統(tǒng)分析和控制思想的實現(xiàn)都有很大的難度，如果能將非線性時變的問題轉(zhuǎn)換為線性時不變的問題，那么系統(tǒng)的分析和控制都將得到大大的簡化。由于全球電能的 80％以上通過電力變換裝置來消耗，作為廣泛使用的電力變換裝置的變頻器，將朝著節(jié)約能源，降低對電網(wǎng)的污染和對環(huán)境的輻射干擾，延長電機使用壽命的綠色化方向發(fā)展。這樣交流電動機的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動機相似了。在研究DSP2812 控制永磁同步電機的控制之前，本文先對永磁同步電機以及控制芯片的發(fā)展做了簡單的介紹，并詳細介紹了空間電壓矢量 SVPWM 調(diào)制方式，最后結(jié)合設(shè)計對系統(tǒng)硬件部分做了簡要說明，并給出了基于 DSP 芯片的軟件編程。電機控制領(lǐng)域中常用的是 TI 公司 TMS320F2020 系列的 DSP芯片。正是由于模擬控制器的上述缺陷，以 DSP(數(shù)字信號處理器 )為核心的數(shù)字控制器迅速發(fā)展起來。為了分析和綜合難以建立數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以設(shè)計 控制器的系統(tǒng)，預(yù)測控制、非線性控制、智能控制也逐漸發(fā)展起來并得到廣泛的應(yīng)用。針對上述經(jīng)典控制理論的不足，基于狀態(tài)方程或差分方程的現(xiàn)代控制理論逐漸發(fā)展起來。 控制理論發(fā)展 控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。 VVVF 的控制對象是電機的外部變量：電壓和頻率，屬于開環(huán)控制，無須引入反饋量，無法反映電機的狀態(tài)，不能精確控制電磁轉(zhuǎn)矩，因而控制精度不高，而且對于同步電機容易引起失步。永磁同步電機的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展息息相關(guān)，我國的永磁材料豐富，隨著制華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 74 頁 造工藝的不斷進步，性能不斷的完善，價格逐漸下降，永磁同步電機正朝著高效、高啟動轉(zhuǎn)矩、大功率的方向發(fā)展，應(yīng)用前景也會越來越廣泛。異步感應(yīng)電機結(jié) 構(gòu)簡單，價格低廉，不需要特殊維護，易于實現(xiàn)高速運行。直流電機控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可分為交－直－交和交－交兩大類當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是由不控整流和全控型功率開關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制逆變器構(gòu)成的變壓變頻器。 功率器件發(fā)展 基于 DSP的永磁同步電機控制 第 6 頁 共 74 頁 電力電子技術(shù)是弱電與被控強電之間的橋梁。 20世紀 80 年代以來，隨著價格低廉、性能優(yōu)越永磁材料的出現(xiàn)，永磁同步電機的研究和應(yīng)用得到了空前的發(fā)展。 近年來，隨著大功率開關(guān)器件、模擬和數(shù)字專用集成電路的不斷問世，控制理論的不斷進步，以及高性能微處理器的出現(xiàn)，為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)，促使其迅速發(fā)展，并進入了實用化階段。調(diào)速系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能起著決定性的影響，因此，調(diào)速系統(tǒng)一直是傳動領(lǐng)域的一個研究熱點。詳細介紹了 DSP 開發(fā)軟件 的安裝與應(yīng)用， DSP 2812 芯片結(jié)構(gòu)特點，電機的空間矢量控制理論以及 PWM 逆變技術(shù)。系統(tǒng)主要由 DSP、 IPM（智能功率模塊 )、檢測電動機速度信號和電流信號的傳感器、光電隔離電路、電源電路等組成。在交流伺服系統(tǒng)中，由于電機本身具有的非線性和強耦合特性，其控制方法相當(dāng)復(fù)雜，因此用普通單片機很難取得良好的控制效果。 本文研究的 主要內(nèi)容 ................................................... 8 2 永磁同步電機結(jié)構(gòu)及控制原理 ..................................................................................... 8 永磁同步電機控制理論的發(fā)展 ..................................... 8 永磁交流伺服控制系統(tǒng) ................................................ 9 永磁同步電機的矢量控制原理 ..................................... 9 永磁同步電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類 ........................................................... 9 永磁同步電機的控制策略 ...................................................................... 9 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................................. 10 SVPWM 基本原理 ...................................................... 17 空間矢量的定義 .................................................................................... 17 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 ................................................................. 18 基于 DSP的永磁同步電機控制 第 2 頁 共 74 頁 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 .....................................19 T1， T2， T0 的計算 ............................................................................22 電機的位置檢測原理 .................................................. 23 光耦隔離電路的原理 .................................................. 26 逆變器原理 ................................................................. 28 第三章 硬件電路設(shè)計 .....................................................................................................31 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 ..................................................... 31 主控芯片 DSP2812 的基本特征 ................................ 32 DSP 外設(shè)介 紹 ............................................................. 33 主電路模塊設(shè)計 ......................................................... 37 . 1 整流濾波電路的設(shè)計 ............................................................................37 逆變電路的設(shè)計 .....................................................................................38 測速電路 的設(shè)計 .....................................................................................39 通信接口電路設(shè)計 ..................................................................................40 圖 32 SCI 接口電路圖 .................................................................................40 最小系統(tǒng)電路 ..........................................................................................41 LED 顯示電路 ............................................................. 41 光耦隔離電路 ................................................................... 42 2. 第五章軟件設(shè)計 ..........................................................................................................50 DSP 開發(fā)軟件的安裝與應(yīng)用 ...................................... 50 總結(jié)與致謝 ............