【正文】 增量式光電編碼器：增量式光電編碼器是碼盤隨位置 的變化輸出一系列的脈沖信號(hào)，然后根據(jù)位置變化的方向用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行加 /減計(jì)數(shù)，以此達(dá)到位置檢測(cè)的目的。 絕對(duì)式光電編碼器：絕對(duì)式光電編碼器如圖 212 所示，他是通過讀取編碼盤上的二進(jìn)制的編碼信息來表示絕對(duì)位置信息的。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓向量由U4(100)位置開始，每一次增加一個(gè)小增量，每一個(gè)小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓向量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達(dá)到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。 圖 29逆變電路 由于逆變器三相橋臂共有 6 個(gè)開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時(shí)逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù) Sx ( x = a、 b、 c) 為：???? 下橋臂導(dǎo)通上橋臂導(dǎo)通01xS (Sa、 Sb、 Sc)的全部可能組合共有八個(gè)，包括 6 個(gè)非零矢量 Ul(001)、 U2(010)、華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 74 頁 U3(011)、 U4(100)、 U5(101)、 U6(110)、和兩個(gè)零矢量 U0(000)、 U7(111)，下面以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè) Sx ( x=a、 b、 c)= (100)，此時(shí)： ????????????????0,0,cNbNaNcdcNaNdcbNaNdccabcdcabUUUUUUUUUUUUUU （ ） 求解上述方程可得： Uan=2Ud / UbN=U d/ UcN=Ud /3。 圖 28三相逆變器 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖 開關(guān)工作狀態(tài) :如果圖中的逆變器采用 180176。當(dāng)某一相電壓為最大值時(shí)，合成電壓矢量 us 就落在該相的軸線上。由式 ()和式 ()得到永磁同步電機(jī)在 dq 坐標(biāo)系下的電流方程： ????????????????????????????????????CBAqdiiiii)32si n()32si n(si n)32co s()32co s(co s32?????????? () 其中 di 、 qi 分別為定子電流在 dq 坐標(biāo)系下的分量，結(jié)合式 ()整理得 ????????????????????????????BAqdiiii??????c o s2c o s22s i n26s i n2c o s26s i n22 （ ） 永磁同步電機(jī)在 dq 坐標(biāo)系 磁鏈方程 () ()、 () 電壓方程為： qrddsd piRU ??? ??? （ ） drqqsq piRU ??? ??? （ ） () 轉(zhuǎn)矩方程為： () 運(yùn)動(dòng)方程為： () 其中 J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， LT 為轉(zhuǎn)矩負(fù)載。d???i?iqidis?)(ssiF1?q基于 DSP的永磁同步電機(jī)控制 第 14 頁 共 74 頁 寫成矩陣形式，得 式中 ?????? ??????cossincoscos22 srC () 是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，則兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 α， β軸上的投影也相等寫成矩陣形式得： 321112233022ABCiiN ii N i???? ???????? ????? ?????? ??????? () 考慮變換前后總功率不便，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為 3223 ?NN () 代入式（ ）得 ????????????????????????????????CBAiiiii232302121132?? () 令 2/3C 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 ????????????????2323021211322/3C () 如果三相繞組是 Y 型聯(lián)結(jié)不帶零線，則有 ] 0??? CBA iii ，代入式（ ）和式（ ）并整理后得 : 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 74 頁 ?????????????????????????BAiiii221032?? () 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時(shí)還可證明，它們也是磁鏈的變換。三相定子坐標(biāo)系定義如圖 21 所示。 SVPWM 控制具有易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、電壓利用率高、開關(guān)頻率固定等優(yōu)點(diǎn)。 永磁同步電機(jī)的控制策略 現(xiàn)代交流調(diào)速控制策略主要有：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、變壓變頻控制、轉(zhuǎn)差頻率控制等。 1971 年，由 F． Blaschke 提出的矢量控制理論第一次使交流電機(jī)控制理論獲得了質(zhì)的飛躍。數(shù)字控制在傳動(dòng)領(lǐng)域中的推廣很大程度上取決于控制芯片的性能。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是以被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，所以精確建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是至關(guān)重要的。矢量控制思想的核心是將電機(jī)的三相電流、電壓、磁鏈從三相靜止坐標(biāo)系中變換到以磁場(chǎng)定向的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，從而實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間的解耦。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需勵(lì)磁，控制策略易于實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)行。 SPWM 旨在輸出正弦電壓， CHBPWM 旨在輸出正弦波電流， SVPWM 是針對(duì)形成旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)提出的，所以比較適合于電機(jī)調(diào)速的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。隨著永磁電機(jī)控制技術(shù)的成熟和完善，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛：從小型到大型、從一般的控制驅(qū)動(dòng)到高精度的伺服系統(tǒng)、從日常電器到各種高精尖的科技領(lǐng)域均采用永磁電機(jī)作為主要的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。長期以來，直流電動(dòng)機(jī)因其調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以維護(hù)等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程中。此外，系統(tǒng)還具有鍵盤設(shè)定及顯示功能。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 74 頁 基于 DSP 的永磁同步電機(jī)控制 設(shè)計(jì)總說明 ........................................................................................................................ 3 Abstract ............................................................................... 4 1. 緒論 ............................................................................................................................... 5 交流調(diào)速概述 .............................................................. 5 相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展 .............................................................. 5 功率器件發(fā)展 .......................................................................................... 5 變頻技術(shù)發(fā)展 .......................................................................................... 6 電機(jī)制造技術(shù)和交流調(diào)速理論的發(fā)展 .................................................. 6 控制理論發(fā)展 .......................................................................................... 7 微處理器發(fā)展 .......................................................................................... 7 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向 .........錯(cuò)誤 !未定義書簽。首先，傳感器將檢測(cè)到的定子相電流信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)送入 DSP 的 ADC 和 QEP， DSP 對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理后產(chǎn)生 PWM 脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離后，驅(qū)動(dòng) IPM 智能功率模塊以產(chǎn)生期望的電壓來控制電機(jī)運(yùn)行。調(diào)速系統(tǒng)是由功率部分、執(zhí)行部分和控制部分三大要素組成的一個(gè)有機(jī)整體，各部分之間的不同組合，構(gòu)成多種多樣的調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、無需勵(lì)磁電流、功率因數(shù)高、發(fā)熱少等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械、化工、輕紡、計(jì) 算機(jī)外設(shè)、儀器儀表、微型汽車和電動(dòng)自行車等領(lǐng)域。目前脈寬調(diào)制技術(shù)主要有正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）、電流滯環(huán)控制（ CHBPWM）、空間矢量脈寬調(diào)制（ SVPWM）等。永磁同步電機(jī)無勵(lì)磁電流，功率因數(shù)高，發(fā)熱少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。 1971 年德國西門子公司的 提出了矢量控制理論，使交流電機(jī)控制理論獲得質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)代控制理論主要包括線性系統(tǒng)的分析與綜合、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)估計(jì)等重要理論分支。數(shù)字控制一定程度上克服了模擬控制的某些缺陷，能實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)的高復(fù)雜和高精度的控制算法，具有硬件電路簡(jiǎn)單、可靠性好、集成度高、易于移植、自適應(yīng)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集速度快、易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、故障診斷和自恢復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在量化誤差、受微處理器運(yùn)算速率限制等不足之處。 2 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及控制原理 永磁同步電機(jī)控制理論的發(fā)展 交流調(diào)速理論包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。 永磁同步電機(jī)的矢量控制原理 永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類 永磁 同步電動(dòng)機(jī)分類方法較多：按工作主磁場(chǎng)原理方向的不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式；按電樞繞組位置不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式；按轉(zhuǎn)子上有無啟動(dòng)繞組，可分為無啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)和有啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī) (又稱為異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī) )；根據(jù)極對(duì)數(shù)的不同，永磁同步電機(jī)可分為單極和多極；根據(jù)磁通分布或反電動(dòng)勢(shì)波形，可分為永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)。 SVPWM 控制是針對(duì)形成旋轉(zhuǎn)的 圓形磁場(chǎng)提出的，其基本思想是把電動(dòng)機(jī)和 PWM控制逆變器作為一個(gè)整體，通過選擇逆變器的不同開關(guān)模式，使的電機(jī)定子繞組產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)定子通入三相對(duì)稱交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為 N3， 兩相繞組每相有效匝數(shù)為 N2， 各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。由圖可見， ?i 、 ?i 和 di 、 qi 之間存在下列關(guān)系 圖 25兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動(dòng)勢(shì)（電流）空間矢量 ??? s inc o s qd iii ?? ??? c o ss i n qd iii ?? ??????????????????? ????????qdsrqdiiCiiii22coss