【導讀】為伺服系統(tǒng)的主要形式。按驅(qū)動裝置的執(zhí)行電動機類型來分,通常分為直流。類機電一體化產(chǎn)品中大量使用各種結(jié)構(gòu)的DC伺服電動機?？欤瑹o超調(diào),定位精度和跟蹤精度高。但是直流伺服系統(tǒng)也有難以克服的缺點;計受到機械換相器的限制;電刷和換向器易磨損,日常維護工作量大;結(jié)構(gòu)復雜，制造困難,成本高等。機械換向器的存在是造成以上問題的主要原因。件和微處理器的發(fā)展,交流伺服控制技術日趨成熟。交流伺服系統(tǒng)以其體積小,到了90年代,交流伺服系統(tǒng)己經(jīng)在許多場合取代了直流伺服系統(tǒng)，某些性能。位機的聯(lián)系,實時接收控制指令和報告系統(tǒng)當前工作狀況。交流電動機主要有感應異步電動機和同步電動機兩大類。受溫度影響變化大，影響矢量控制性能。交流伺服系統(tǒng)得到較快的發(fā)展,主要應用于機床的主軸傳動。服系統(tǒng)成為交流伺服系統(tǒng)的主流。時為了防止失步，必須保證電機轉(zhuǎn)子的角頻率與定子電源頻率同步。合，把永磁同步電動機定子的各參量都轉(zhuǎn)化到d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下。

　　

【正文】 taon tcon tbon tbon taon tcon CMP3 tcon tbon tcon taon tbon taon 扇區(qū)寄存器 24 的永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置檢測和速度檢測方法充分利用了 DSP資源，實現(xiàn)簡單，性能可靠，與傳統(tǒng)方法相比簡化了系統(tǒng)硬件設計，提高系統(tǒng)性能的價格比。 DSP內(nèi)部資源分配 在 DSP的三個定時器中， TIMER1用作定時器，在系統(tǒng)設計中用來控制電流環(huán)采樣周期、計算周期和速度環(huán)計算周 期。 TIMER2工作于比較模式用來產(chǎn)生比較中斷實現(xiàn) M/T法速度檢測。 TIMER3用作計數(shù)器，工作模式設定為雙向循環(huán)計數(shù)，配合 QEP電路，對四倍后的光電脈沖信號進行加、減計數(shù)。 TMS320F2812的 CAP1和 CAP2管腳是復用管腳，可用于俘獲單元或 QEP電路，在本系統(tǒng)中用于 QEP電路，在 DSP內(nèi)部進行四倍頻，定時器 3計數(shù)寄存器（ T3CNT）對四倍頻后的信號進行累加或累減計數(shù)。當進行累加操作時寄存器 GPTCON的最高位自動置 1，反之清 0，是加運算還是減運算由電機的旋轉(zhuǎn)方向決定，由此可認為GPTCON的最高位體現(xiàn)了電機的旋轉(zhuǎn)方向。 CAP3和 CAP4用作俘獲單元，在軟件中將其定義為檢測脈沖的雙邊沿，當有邊沿來臨，無論是上升沿還是下降沿都觸發(fā)外部中斷。 C1連接到硬件中斷檢測管腳 XINT2和 XINT3上， XINT2負責檢測 C1信號的上升沿， XINT3負責檢測 C1的下降沿，每當檢測到 C1邊沿就觸發(fā)一個外部中斷。因為C C C C8被連接到 I/O端口 A的低四位引腳，因此通過讀 I/O端口 A即可確定格雷碼信號當前值。 M/T法測速 速度檢測的精度直接限制了伺服系統(tǒng)的性能，而采用增 量式光電碼盤作為速度檢測器件具有一系列優(yōu)點，包括輸出天然的數(shù)字量，容易和數(shù)字電路匹配，高精度；可以做到很高的分辨率，有可以做到大量程的工作范圍；抗干擾能力強；信號處理電路簡單、容易、慣量小。 基于光電碼盤基礎上的數(shù)字測速法有 M法、 T法、 M/T法。其中 M法是用計數(shù)裝置記取時間間隔內(nèi)光電碼盤輸出的脈沖數(shù)來計算速度。該方法由于低速時脈沖數(shù)少，在低速運行時檢測精度低。而 T法采用記時器記取碼盤信號相鄰的兩個脈沖間的時間間隔來計算速度，該方法由于高速時間脈沖時間間隔很短，在電機高速運行時很不方便。而 M/T法兼有 M法和 T法的優(yōu)點，在高速和低速段都具有較高的分辨率。 25 設所用測速碼盤每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 NP 個脈沖，在測速時間 TTT cd ??? 時間內(nèi)，測速脈沖記數(shù)值為 m1，時間基準脈沖為 m2，則電動機轉(zhuǎn)速為：2160 mP mfN N cf ? ，其中 cf為時間基準脈沖頻率。 實現(xiàn) M/T法測速的關鍵是測量 m1和 m2，用定時器 2充當高頻脈沖源，時鐘周期設定為 s? ，定時器 2計數(shù)寄存器（ T2CNT）累計 m2，定時器 3計數(shù)寄存器（ T3CNT）負責累計測速光電脈沖和計算 m1，其速度檢測精度達到 /分鐘。 圖 55 M/T法測速原理 轉(zhuǎn)子磁極位置計算 為了提高系統(tǒng)的性能 ,采用粗精結(jié)合的轉(zhuǎn)子磁極位置測量方法 ,即是用格雷碼信號進行粗定位 ,再用增量式光電脈沖信號進行精定位。 以一極電機為例，單獨利用 4個格雷碼信號測量轉(zhuǎn)子磁極位置，電機每旋轉(zhuǎn)一周生成 16個 絕對位置信息，每兩個相鄰位置之間相差 ，位置檢測誤差可達到 。單獨應用增量式碼盤，無法進行初始定位，且在累加過程中誤差不斷累計必然導致矢量解耦條件破壞，從而造成系統(tǒng)失控。為了克服上述問題，將轉(zhuǎn)子位置檢測分兩部分處理：永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁極位置的初始定位通過讀取格雷碼信號獲得，最大檢測誤差為 ，電機開始旋轉(zhuǎn)后，第一個 C1邊沿到來后，系統(tǒng)進入精確定位狀態(tài)。精確定位應用格雷碼信號確定 8個精確的轉(zhuǎn)子磁dT cT T? 測速脈沖pf 的個數(shù) m1 時基脈沖 cf 的個數(shù) m2 26 極位置，并用這 8個精確的轉(zhuǎn)子磁極位置將一個電角度周期劃分為 8個區(qū)間，每一個區(qū)間的初始位置就 是格雷碼信號 C1發(fā)生變化的位置。格雷碼信號與轉(zhuǎn)子位置對應關系如下圖所示，當格雷碼信號由 1000變?yōu)?1001時 C1的邊沿發(fā)生跳變，觸發(fā)中斷，表明電機位置進入?yún)^(qū)間 2，在中斷時刻，電機轉(zhuǎn)子磁極位置角為 。 圖 56 格雷碼信號與轉(zhuǎn)子位置對應關系 每當 C1觸發(fā)中斷，在確定中斷時刻轉(zhuǎn)子磁極位置的同時，讀取 T3CNT中當前的增量光電信號的計數(shù)值作為基值，寫入 CNT0。在下一次 C1發(fā)生變化前每次計算轉(zhuǎn)子磁極位置時，首先確定當前時刻的增量脈沖的計數(shù)值 CNT1。由 CNT0和 CNT1可以確定相對于 C1跳變時刻時的轉(zhuǎn)子磁極位置變化量。通過格雷碼信號和光電式脈沖信號就可以得到任意時刻的轉(zhuǎn)子磁極位置。轉(zhuǎn)子磁極位置計算公式為8. .. .2,1),01( ???? iCNTCNTki ??? 式（ 512）其中 i? 是第 i個區(qū)間的初始位置 27 角，也就是 C1發(fā)生變化時轉(zhuǎn)子磁極的精確位置， ?k 是變化系數(shù)。 在實際系統(tǒng)中從轉(zhuǎn)子磁極位置的檢測到輸出控制經(jīng)過一系列運算，存在一個平均延遲時間 ?T 導致控制輸出滯后于檢測。如果直接將檢測得到的磁極位置角用于系統(tǒng)控制會降低系統(tǒng)控制精度，嚴重時時系統(tǒng)工作不正常。為此在系統(tǒng)中要加入轉(zhuǎn)子磁極位置修正環(huán)節(jié)。當電機以角速度 ? 運行時，從采樣到輸出經(jīng)歷時間?T o u tp u tca lcu la tesa mp le TTTT ???? （ 513） 其中 sampleT 為轉(zhuǎn)子磁極位置采樣時間， calculateT 為計算時間， outputT 為控制輸出時間。轉(zhuǎn)子磁極位置在此時間段變化了 ?? ???? T?? （ 514） 根據(jù)式（ 514）可得轉(zhuǎn)子磁極位置校正計算公式為 ??? ???cor （ 515） 經(jīng)過修正后，減少了因為轉(zhuǎn)子磁極位置檢測滯后和控制滯后對永磁同步電動機矢量控制的影響，直接提高了系統(tǒng)的控制精度。 28 6 系統(tǒng)實驗結(jié)果 SVPWM 相電壓的波形 開環(huán)兩相電 流的波形 電流閉環(huán)的波形 29 全文總結(jié) 近年來，由于新材料、微處理器、電力電子器件的發(fā)展和控制技術的進步，對永磁同步電動機向低成本、全數(shù)字化、無速度傳感器化的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。本文從伺服系統(tǒng)工程實際出發(fā)，對永磁同步電動機矢量控制的全數(shù)字控制進行探討，在系統(tǒng)的軟、硬件設計，控制策略作了相關的工作，并取得了預期的效果。 通過對永磁同步電動機數(shù)學模型的分析，建立了永磁同步電動機的控制方案。主控制器采用了 TI公司最先進的控制電機專用 DSP芯片 TMS320F2812A，轉(zhuǎn)子位置信號和電機電流信號均為數(shù)字信號，為最終實現(xiàn)全數(shù)字矢量控制算法提供了保證。 30 致謝 四年的大學生活即將結(jié)束，借此，我向四年來所有給我?guī)椭椭С值娜吮硎局孕牡母兄x。 感謝母校 —— 韶關學院，給我提供接受高等教育的機會，并創(chuàng)造了良好的學習環(huán)境。 感謝我的指導老師寧宇副教授在學習、工作和生活上給予我的指導、支持和關懷。寧宇老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度一直引領著我的學習和生活。在與寧宇老師接觸的過程中，不僅使我懂得應該如何去學習知識，而且讓我明白了在為人處 世、待人接物時應該遵從的人生道理，相信這對我以后的學習和工作有很大的促進作用。此外，向所有曾給予我?guī)椭睦蠋?、同學、朋友和親人，表示衷心的感謝！ 31 參考文獻 [1] 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2020年第 3版 [2] 蘇奎峰 ,呂強等 .TMS320F2812原理與開發(fā) [M].北京 :電子工業(yè)出版社 , [3] 詹躍東 ,李山 ,巨永峰 .電機及拖動基礎 [M].重慶 :重慶大學出版社 , [4] 王兆安 ,黃 俊 .電力電子技術 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 , [5] 谷愛 昱，王春茹 .DSP在電機控制領域的應用展望 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 , [6] 李燁 ,嚴欣平 .永磁同步電動機伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應用前景 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 , [7] 李永東 .交流電機數(shù)字控制系統(tǒng) [M].北京 :機械工業(yè)出版社 , [8] 北京精儀 達盛科技有限公司實驗指導書 [P].