基于dsp28335的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-06-27 17:45本頁(yè)面
【正文】 統(tǒng)設(shè)計(jì)》以TMS320F28335為核心，有以下創(chuàng)新： （1）采用硬件浮點(diǎn)算法。目前大多數(shù)的電機(jī)控制算法都是采用定點(diǎn)方式進(jìn)行運(yùn)算，采用TI提供的IQ定點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)進(jìn)行處理。目前TMS320F28335的函數(shù)庫(kù)為了兼容前者也有IQ庫(kù)的功能，為了更好地利用TMS320F28335的硬件特性和浮點(diǎn)功能，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用硬件浮點(diǎn)的運(yùn)算方式進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，提高算法的效率，減少CPU的負(fù)擔(dān)，充分發(fā)揮TMS320F28335的性能優(yōu)勢(shì)。 （2）采用分段PID參數(shù)算法。對(duì)于不同分段的速度采用不同的PID參數(shù)，使各段性能達(dá)到最優(yōu)，提高調(diào)速性能和不同目標(biāo)速度下的調(diào)速效果穩(wěn)定性。 （3）硬件上采用錯(cuò)誤信號(hào)硬件保護(hù)。對(duì)比起經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤信號(hào)后中斷處理錯(cuò)誤，硬件直接反應(yīng)停機(jī)對(duì)保護(hù)電機(jī)和功率模塊更加有效。本次設(shè)計(jì)采用數(shù)字邏輯芯片對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行處理，出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)直接阻斷PWM信號(hào)的輸出，同步處理錯(cuò)誤中斷，更好地提高保護(hù)效果。6. 評(píng)測(cè)與結(jié)論 系統(tǒng)測(cè)評(píng)及運(yùn)行情況本次系統(tǒng)基于DSP28335的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)所希望達(dá)到的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的寬范圍穩(wěn)定調(diào)速，并具有較高的抗干擾性能?；镜恼{(diào)速目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：1） 電機(jī)運(yùn)行速度空載情況下能在2000rpm~2000rpm之間調(diào)節(jié)2） 帶負(fù)載情況下能在1000rpm~1000rpm之間調(diào)節(jié)，并能快速穩(wěn)定。3） 運(yùn)行電流穩(wěn)定，并保持較完整的正弦波波形。以下是本次實(shí)驗(yàn)調(diào)試的實(shí)際數(shù)據(jù)及過(guò)程曲線：本文的控制對(duì)象是為面裝式永磁同步電動(dòng)機(jī)，: 永磁同步伺服電機(jī)參數(shù)額定功率 KW空載電流 A額定轉(zhuǎn)速3000 rpm空載輸入功率383 W額定電流 AU相電阻額定轉(zhuǎn)矩 V相電阻驅(qū)動(dòng)器輸入電壓三相380VW相電阻 實(shí)驗(yàn)所用主要設(shè)備：1. DSP控制板（TMS320F28335）；2. 功率驅(qū)動(dòng)變頻器2臺(tái)；3. 永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括永磁同步電機(jī)、扭矩傳感器、負(fù)載電機(jī)；4. 泰克DPO2014示波器，帶三路高壓探頭，電流鉗表和串行總線分析；5. LABVIEW上位機(jī)平臺(tái)。 ，在交流220V的供電電壓下測(cè)定（直流母線電壓310V）。系統(tǒng)的調(diào)速范圍是2000rpm至+2000rpm，所有數(shù)據(jù)及曲線均在+1000rpm轉(zhuǎn)速下測(cè)得，能夠?qū)?shí)際數(shù)據(jù)通過(guò)圖形化顯示出來(lái)。具體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程在大賽提交的視頻中有完整的記錄。在視頻中，分別做了以下幾組實(shí)驗(yàn)的演示：1. 空載狀態(tài)下，01000rpm過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。2. 空載狀態(tài)下，01500rpm過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。3. 空載狀態(tài)下，1500rpm 1500rpm過(guò)程。4. 帶負(fù)載狀態(tài)下，01000rpm過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。5. 帶負(fù)載狀態(tài)下，1000rpm1000rpm過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 所測(cè)曲線： 永磁同步電機(jī)每相電流均為正弦波，相電流與相電流之間相差120176。電角度，在1000rpm的轉(zhuǎn)速下。 示波器觀察的一相電流波形 U相和V相的電流波形 通過(guò)CLARKE變換及PARK變換，將三相電流轉(zhuǎn)化成繞電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的兩相電流，即D軸電流和Q軸電流。 D軸與Q軸電流波形 讓永磁同步電機(jī)帶上一個(gè)發(fā)電機(jī)和能耗電阻作負(fù)載。給定1000rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速。 1000rpm轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)波形 結(jié)論及展望 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了TMS320F28335作為主控芯片。本次設(shè)計(jì)完成了使用浮點(diǎn)功能進(jìn)行的永磁同步電機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理器方案，為提高電機(jī)控制的性能，使用更加先進(jìn)的控制算法起了一個(gè)很好的開(kāi)頭。 從本次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，PID參數(shù)的分段設(shè)計(jì)很大程度上的滿足了我們系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本要求，但可以看到，單相電流的波形沒(méi)有達(dá)到更加穩(wěn)定的正弦波波形，從D、Q軸電流圖更能看出在PI調(diào)節(jié)后，還存在一定的震蕩，需要進(jìn)一步提高PI調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，是往后繼續(xù)提高系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵。同時(shí)還能看到，速度調(diào)節(jié)雖然能達(dá)到目標(biāo)值，但響應(yīng)速度還有提高的空間。綜上，本次設(shè)計(jì)還有很大的提高空間，為了完善本系統(tǒng)，具體的后續(xù)工作如下：1） 提高PID控制性能，實(shí)現(xiàn)更快的電流環(huán)、速度環(huán)響應(yīng)。2） 提高速度調(diào)節(jié)范圍、使調(diào)速范圍能達(dá)到在177。3000rpm之間。3） 在系統(tǒng)性能完善的條件下，進(jìn)行伺服系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)位置、速度、電流三環(huán)控制系統(tǒng)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單片TMS320F28335實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)控制的方案。4） 完善上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體監(jiān)控管理。附錄電機(jī)控制調(diào)試平臺(tái)。本次使用的永磁同步電機(jī)如下圖，為附帶轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感儀的可接負(fù)載的電機(jī)調(diào)試平臺(tái)。左端為一個(gè)三相無(wú)刷電機(jī)，中間為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感儀，右端為永磁同步電機(jī)。附圖1 本次設(shè)計(jì)中調(diào)試用的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩測(cè)量系統(tǒng)DSP28335控制板。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分，DSP28335的電機(jī)控制板。采用4層板設(shè)計(jì)，有PWM輸出端口、旋轉(zhuǎn)編碼器處理接口、通訊接口等。附圖2 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的DSP28335控制板功率驅(qū)動(dòng)板。本次使用的功率驅(qū)動(dòng)板是改裝了實(shí)驗(yàn)室原有的變頻器進(jìn)行控制。改造后的功率驅(qū)動(dòng)板如下圖。附圖3 功率驅(qū)動(dòng)板改進(jìn)后的新控制板。本次提交的系統(tǒng)中使用了最初設(shè)計(jì)的控制板，為了實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的要求，如雙電機(jī)同步控制等功能，以在原來(lái)的控制板的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了改進(jìn)的控制板。核心仍然采用TMS320F28335，配以雙驅(qū)動(dòng)板接口、雙SPI接口、使用更加穩(wěn)定的AD2S1210作為旋轉(zhuǎn)變壓器的處理芯片等提高性能的設(shè)計(jì)。具體如附圖4。由于還處在調(diào)試階段，并沒(méi)有應(yīng)用到本次比賽的提交方案當(dāng)中。
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