基于dsp28335的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-07-24 17:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 是帶有積分校正的PI控制器，它的好處是，在能非?？斓耐孙柡?，能夠有效地提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少超調(diào)量。其算法框圖。 抗飽和積分PI控制器算法框圖 其中：為比例項的輸出值，為比例系數(shù)，為當前誤差，為積分系數(shù)，為積分項的校正系數(shù)，為積分項的輸出值，為輸出限副前的值，為輸出值，和為輸出限副的最大值和最小值。 (1)Kp參數(shù)分析： 比例系數(shù)Kp的作用在于加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。Kp越大，系統(tǒng)的響應速度越快，但將產(chǎn)生超調(diào)和振蕩甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此Kp值不能取的過大。如果Kp值取較小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)動、靜態(tài)特性變壞。 (2) Ki參數(shù)分析 積分環(huán)節(jié)作用系數(shù) Ki的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 Ki越大，積分速度越快，系統(tǒng)靜差消除越快，但 Ki過大，在響應過程的初期以及系統(tǒng)在過渡過程中會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應過程出現(xiàn)較大的超調(diào)，使動態(tài)性能變差；若 Ki過小，使積分作用變?nèi)?，使系統(tǒng)的靜差難以消除，使過渡過程時間加長， (3) Kc參數(shù)分析 積分飽和校正系數(shù)Kc的作用在于當控制器輸出飽和時，能迅速使得積分項的輸出值降下來，避免積分變量因累加過大，控制器輸出值不能迅速退飽和而產(chǎn)生過大超調(diào)。Kc越大，控制器的輸出值退飽和越快，但，Kc過大會使得輸出值在飽和值附近產(chǎn)生過大的振蕩使得系統(tǒng)反應過慢；Kc越小，控制器的輸出值退飽和越慢，但，Kc過小會使得輸出值長時間不能退飽和使得系統(tǒng)容易產(chǎn)生過大超調(diào)。 (4)參數(shù)的整定 PID參數(shù)的整定在工程上有很多方法，其中用得比較多的有仿真法和經(jīng)驗整定法。由于仿真法對電機參數(shù)的非常敏感，本次系統(tǒng)的參數(shù)整定使用經(jīng)驗整定法，經(jīng)過反復的調(diào)試，對于不同速度段的PID參數(shù)進行整定，獲得分段的PID參數(shù)。 電流環(huán)的設計 電流環(huán)是整個永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，也是整個系統(tǒng)最重要的一環(huán)，其動態(tài)響應特性直接決定著整個系統(tǒng)的好壞。必須保證電流環(huán)的響應速度、控制精度,矢量控制策略才有可能實現(xiàn)。 系統(tǒng)的載波頻率為15kHz，即電流環(huán)的控制周期為15kHz/s。由于要同時控制D軸和Q軸的電流，所以電流控制需要兩個電流環(huán)同時協(xié)調(diào)工作以達到Q軸電流與速度環(huán)給定的電流相等，D軸的電流等于零。Q軸電流調(diào)節(jié)和D軸電流調(diào)節(jié)均使用抗飽和積分PI調(diào)節(jié)器。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定的操作方法：，目的是為了消除電機轉(zhuǎn)動時反電勢的干擾；，目的是對應速度環(huán)所給電流信號的速率；，反復嘗試調(diào)整PI參數(shù)，直到效果最好為止，從而整定PI參數(shù)。 速度環(huán)的設計 速度控制也是交流伺服控制系統(tǒng)中極為重要的一個環(huán)節(jié)，其控制性能是伺服系統(tǒng)整體性能指標的一個重要組成部分。從廣義上講，速度環(huán)也應具有響應快，超調(diào)量少的特性。具體而言，反映為小的速度脈動率、快的頻率響應、寬的調(diào)速范圍等性能指標。選擇好的三相交流永磁同步伺服電動機、分辨率高的光電編碼器、零漂誤差小的電流檢測元件以及高開關頻率的大功率開關元件，就可以降低轉(zhuǎn)速不均勻度，實現(xiàn)高性能速度控制。但是在實際系統(tǒng)中，這些條件都是受限制的，這就要求用合適的速度調(diào)節(jié)器來補償。速度環(huán)不需要過高的采樣頻率，過高的采樣頻率容易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在程序中，設定每20次PWM周期進行一次速度采樣。 這里的速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定跟電流環(huán)一樣，都是通過反復調(diào)試確定的。3. 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)總體硬件設計 本控制系統(tǒng)采用TMS320F28335為控制核心進行電機控制板的設計，以現(xiàn)成的功率驅(qū)動板作為功率放大驅(qū)動部分，通過信號接口進行控制。本次設計中應用了ePWM、ADC、SPI、SCI等外設，以及使用GPIO進行驅(qū)動模塊的風扇、繼電器、剎車電阻用的IGBT的通斷控制，以及鍵盤、數(shù)碼管人機交互的實現(xiàn)。本次設計采用了旋轉(zhuǎn)變壓器進行位置信號反饋，通過AD2S90進行位置模擬信號的處理。以下是本次設計的總體設計圖，其中DSP28335控制板為本次設計的主要部分。 基于DSP28335的永磁同步電動機硬件系統(tǒng)圖 PWM控制電路 本次控制系統(tǒng)采用SVPWM控制方法，PWM由DSP28335的ePWM外設產(chǎn)生，通過74HC245做輸出緩沖增強負載能力，驅(qū)動功率驅(qū)動板上的光耦。功率驅(qū)動板采用現(xiàn)成的產(chǎn)品，選用的是IGBT模塊7MBR50S120,1200V，50A的PIM。 ，通過一個PWM1S_ENABLE信號對PWM的輸出進行輸出或關斷，PWM1S_ENABLE信號通過軟硬件兩個方法對輸出進行保護，以保證在錯誤信號到來時硬件自動關斷PWM輸出，保護電機和驅(qū)動模塊。，通過SN74HC74芯片做D觸發(fā)器，74HC08與門對錯誤信號，復位信號，軟件控制信號進行邏輯處理和判斷，對錯誤信號進行迅速處理。 PWM輸出緩沖 錯誤信號檢測及硬件保護電路 模擬量輸入通道 TMS320F28335的ADC只能對0~3V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。因此必須對功率驅(qū)動板反饋回來的電流信號、直流母線電壓采集信號進行信號調(diào)理。本系統(tǒng)中需要讀取的模擬量包括a、b相電流，母線電壓值。 A、B相電流信號采集與調(diào)理 電流反饋是永磁同步電機控制中的一個重要的環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)中功率驅(qū)動板采用采樣電阻采樣A、B兩相的電流，通過A7840隔離放大器對微電壓信號進行放大，再通過TL082C運算放大器進一步放大雙極性的電壓信號，變?yōu)門MS320F28335可以處理的0~3V的單極性信號。模擬信號采用REF193提供參考電壓源，并設計了防過壓的電路，保證輸入DSP的電壓不會超過容忍范圍。 電流信號調(diào)理電路 直流母線電壓采集與調(diào)理 功率驅(qū)動板的電源管理部分已對母線電
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