【正文】 PWM 軟件模塊的初始化設(shè)置包括有: 定時(shí)器周期寄存( TIPR)全局通用定時(shí)器控制寄存器 (GPTCONA ) 、通用定時(shí)器控制寄存(TICON ) 的置、比較控制寄存器 ( COMCONA)、比較方式控制寄存器 (ACTRA )、 死區(qū)控制寄存器 (DB TCONA)及EVA中斷屏蔽寄存器 ( EVAIMRA ) 等。具體設(shè)置如下 : SYS_INIT: POINT_PGO SETC INTM : 屏蔽中斷 SPLK oh， IMR : 不使能中斷 SPLK OFFh， IFR ： 清除全部中斷標(biāo)志 POINT_PGO CLRC SXM ；清零符號擴(kuò)展位 CLRC OVM ； 復(fù)位溢出模式位 CLRC CNF ；設(shè)置BO塊指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)段 SPM 0 ；設(shè)置乘積方式為0位移 POINT_B0 SPLK 00C0h，GPR0 ；設(shè)置1等待狀態(tài)為I/O空間 OUT GPT0，WSGR POINT_PF1 SPLK 0085h，SCSR2 ；4倍頻，ADC 使能， EV1 使能 SPLK 004Fh，SCSR2 ；不能使看門狗 KICK_DOG ； 看門狗清零 RET事件管理器初始化。1)、 兩個(gè)系統(tǒng)控制與狀態(tài)寄存器(SCSR I amp。具體設(shè)置如下:DSP系統(tǒng)初始化。其主要工作是完成各種控制寄存器的初始化以及相關(guān)參數(shù)變量的初始值的設(shè)定，諸如對 DSP進(jìn)行初始化，包括對時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、事件管理器模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、I/O口的初始化，定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化以及中斷初始化等；對變量進(jìn)行定義和賦初值；轉(zhuǎn)子初始定位等的初始化工作，其程序流程圖如圖 44 所示[14]。初始化部分是對系統(tǒng)進(jìn)行初始化并對控制對象的某些初始信息進(jìn)行辨識的程序,是程序不可缺少的組成部分之一。下面主要對主程序設(shè)計(jì)。交流伺服系統(tǒng)控制屬于快速性與要求很高的運(yùn)動(dòng)控制范圍，系統(tǒng)受控狀態(tài)量的變化是相當(dāng)快的，這就要求系統(tǒng)的采樣周期應(yīng)該盡可能短，以便對被控狀態(tài)量進(jìn)行及時(shí)的控制，即交流伺服系統(tǒng)的控制具有很高的實(shí)時(shí)性要求。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖 44 所示。其中，電機(jī)的主要控制策略由定時(shí)中斷服務(wù)子程序來執(zhí)行。 完成上述工作后，將中斷開啟，系統(tǒng)執(zhí)行主程序。充分利用了 DSP 豐富的軟、硬件資源，并依據(jù)模塊化的編程設(shè)計(jì)思想， 將系統(tǒng)軟件分為兩部分:主程序和中斷服務(wù)程序， 其中中斷程序包括定時(shí)器下溢中斷 INT2 與捕獲中斷 INT3 以及功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷。系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)概述。因此控制軟件的設(shè)計(jì)在滿足實(shí)時(shí)性的前提下， 充分發(fā)揮靈活性， 使系統(tǒng)的控制質(zhì)量得以提高。 其額定參數(shù)為 600V、20A，適用的電機(jī)功率為 ,開關(guān)頻率最高可達(dá) 20KHz[13]。功率板主要是負(fù)責(zé)接收控制板上 DSP 輸出的六路 PWM 控制電壓信號， 控制IPM給交流電機(jī)提供三相電壓，激勵(lì)三相交變電流，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)IPM 是把功率器件與起控制作用的邏輯電路、驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路和檢測電路集成或組裝在一起，主要完成驅(qū)動(dòng)信號放大、功率放大、各種保護(hù)（包括過電流保護(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)）等功能，在器件特性上具有 IGBT 的開關(guān)特性。 圖 43 永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的硬件框圖TMS320F2812 是美國德克薩斯州儀器公司(TI)最新推出的基于代碼兼容的TMS320C28內(nèi)核的新型高性能 32 位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器， 它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高性能 DSP 與高精度模擬及閃存的完美結(jié)合。 DSP 控制器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換、計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置以及電流和速度的 PI 調(diào)節(jié)，最后運(yùn)用矢量控制算法，得到電壓空間矢量 PWM 的控制信號，再經(jīng)過光耦隔離電路后，驅(qū)動(dòng)IPM功率開關(guān)器件。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖43所示。 第三塊電路板完成顯示與控制輸入功能，包括數(shù)碼管顯示電路以及鍵盤輸入。 第二塊電路板為控制電路板，包括DSP（TMS320F2812） ，CPLD（MAX7128AE）芯片，DSP電源處理電路、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器 RAM、 電流采樣、 編碼器接口電路、 RS232通信、仿真及邏輯電平轉(zhuǎn)換、過流保護(hù)、模擬信號輸入、脈沖信號輸入、多路開關(guān)量輸入輸出接口等電路。 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的模擬控制器雖然具有連續(xù)性好、響應(yīng)速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也有著本身難以克服的缺點(diǎn)，如系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy、易受環(huán)境溫度變化影響產(chǎn)生漂移，難以實(shí)現(xiàn)柔性化設(shè)計(jì)思想，缺乏實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算的能力，無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代控制理論指導(dǎo)下的控制算法。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角位置由光電編碼器獲得，將轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分可以得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而形成速度閉環(huán)控制。系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)采用PI控制算法，同時(shí)為了提高直流電壓利用率，改善電機(jī)的運(yùn)行特性，將電流控制器的輸出作為SVPWM模塊的輸人，結(jié)合由光電編碼器得到的電機(jī)旋轉(zhuǎn)電角度并經(jīng)過扇區(qū)判斷及占空比的實(shí)時(shí)計(jì)算得到6路PWM控制信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)IGBT。交軸電流的給定ipref為速度控制器的輸出，控制交軸電流?？刂浦陛S電流為零，通過調(diào)整直流量。在DSP中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流全數(shù)字雙閉環(huán)控制，完成電流采樣、轉(zhuǎn)角及速度計(jì)算、PARK變換及逆變換、CLARKE變換和PWM控制信號的實(shí)時(shí)計(jì)算以及參量顯示等功能。TMS320LF2407采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，具有高達(dá)30MIPS的數(shù)據(jù)處理能力以及適合電機(jī)控制的外設(shè)資源，采用其全比較單元可生成6路PWM控制信號，10位A／D轉(zhuǎn)換模塊可以完成電流信號采樣，CAP捕獲單元、QEP正交編碼單元以及SPI串行外設(shè)接口單元可實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示，高速的數(shù)據(jù)處理能力、完備的外設(shè)資源大大地簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。通過控制就可以控制，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速，從而得到了和它勵(lì)直流有刷電動(dòng)機(jī)相似的控制特性。 為轉(zhuǎn)子上永磁體產(chǎn)生的磁場；；其中ω為轉(zhuǎn)子電角速度， ωr 為機(jī)械角速度 ，為極對數(shù)。永磁同步電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的控制對象 ，有必要對進(jìn)行研究 。(6)定子相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢波為正弦型的，定子繞組的電流在氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁勢，忽略磁場的高次諧波。(4)永磁材料的電導(dǎo)率為零。(2)忽略電機(jī)繞組漏感。電機(jī)的數(shù)學(xué)模型中含有時(shí)變參數(shù)，給分析和計(jì)算帶來困難。永磁同步電機(jī)的定子與普通電勵(lì)磁同步電機(jī)的定子一樣有A, B, C 三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，定子和轉(zhuǎn)子通過氣隙磁場存在電磁耦合關(guān)系。永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。因此對三相永磁同步伺服電機(jī)的控制也和對三相異步電動(dòng)機(jī)的控制相似，采用矢量控制。兩種磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生恒定的電磁場。為了使得永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)具有正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢波形，其轉(zhuǎn)子磁鋼形狀呈拋物線狀，使其氣隙中產(chǎn)生的磁通密度盡量呈正弦分布。作為能量轉(zhuǎn)換的裝置，永磁同步電機(jī)有多種結(jié)構(gòu)和分類，其中正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)因其卓越的性能已日漸成為電伺服系統(tǒng)執(zhí)行電機(jī)的主流。而在產(chǎn)品應(yīng)用上，目前重要的DSP應(yīng)用產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器等個(gè)人計(jì)算機(jī)與通訊領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品，都是采用國際大廠的DSP 解決方案。目前，DSP處理器仍被TI、AGERE、ADI等公司占領(lǐng)，產(chǎn)品受外國大企業(yè)控制。如今，TI公司的一系列DSP產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最有影響的DSP芯片。TI 公司在1982年成功推出其第一代DSP 芯片 TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS3201TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相繼推出了第二代DSP芯片TMS320TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改進(jìn)型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一體的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。1980 年，日本 NEC 公司推出的μPD7720是第一個(gè)具有乘法器的商用DSP 芯片。世界上第一個(gè)單片DSP芯片應(yīng)當(dāng)是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個(gè)主要里程碑。從廣義上講，DSP、微處理器和微控制器（單片機(jī)）等都屬于處理器，可以說DSP是一種CPU。DSP主要應(yīng)用在數(shù)字信號處理中，目的是為了能夠滿足實(shí)時(shí)信號處理的要求，因此需要將數(shù)字信號處理中的常用運(yùn)算執(zhí)行的盡可能快，這就決定了DSP的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字信號處理器件是數(shù)字信號處理技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)載體。支持并行處理指令等。芯片具有滿足數(shù)字信號算法特殊要求的功能，如為了支持Viterbi蝶形算法而設(shè)計(jì)的比特反轉(zhuǎn)尋址。高速的運(yùn)算能力。數(shù)字信號處理可以說許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一門新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域、微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨即過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號處理的基本工具；同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等學(xué)科也密切相關(guān)。DSP的基本模型如圖41 所示。前者數(shù)字信號處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備以數(shù)字的形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。本文在吸取和借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，基于DSP控制的永磁交流伺服系統(tǒng)，采用電壓空間矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)了基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的PMSM 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全數(shù)字化設(shè)計(jì)。因其卓越分辨率，高定位精度，寬調(diào)速范圍，低速穩(wěn)定運(yùn)行，無爬行現(xiàn)象，力矩波動(dòng)小，響應(yīng)速度快，峰值轉(zhuǎn)矩高，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁起停、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)，電機(jī)無電刷，可靠性高，可工作于惡劣的環(huán)境。 第四章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)日趨完善，以往同步電動(dòng)機(jī)的概念和應(yīng)用范圍已被現(xiàn)今的永磁同步電動(dòng)機(jī)大大擴(kuò)展。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠[14]。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力?！　　?）過載能力不同 　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力?！　　?）矩頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM?！　〗涣魉欧姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利?！　?）低頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。176。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360176。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360176。兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。、176。、176。、176。；德國百格拉公司（BERGER LAHR）176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。 176?！　?1）控制精度不同　　176。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。REF為速度基難；CC為電流控制放大器；RD為速度變化器；PWM為脈寬調(diào)制器；SC為速度控制放大器；IFG為電流函數(shù)發(fā)生器[14]。等效正弦脈寬調(diào)制波UA、UB、UC送入GRT的基極，則逆變器輸出脈寬按正弦規(guī)律變化的等效矩形電壓波，經(jīng)過濾波變成正弦交流電用來驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)。 SPWM調(diào)制波經(jīng)功率放大才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其幅值和頻率是可調(diào)的。三相SPWM調(diào)制時(shí)，三角波共用，每相都有一個(gè)輸入正弦信號和SPWM調(diào)制器其輸出調(diào)制波分別為UA、UB、UC。在電路圖中，按相序要求和頻率要求協(xié)調(diào)控制的三路正弦波信號，與等腰三角波發(fā)生器來的載波信號一同送入電壓比較器，產(chǎn)生三路SPWM波形，經(jīng)反相電路后，可得到六路SPWM信號，加在Vl～V6六只功率晶體管的基極，作為驅(qū)動(dòng)控制信號。大功率晶體管各有一個(gè)與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管。 圖 315 SPWM發(fā)生器電路圖4） 交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制 電路原理及輸出線電壓的波形如圖316所示。圖314所示是SPWM調(diào)制波示意圖 [12]。SPWM脈沖寬度由三角波和正弦波交點(diǎn)之間的距離決定，兩者的交點(diǎn)隨正弦波電壓的大小而改變。具體來分析：三角波電壓和正弦波電壓分別接在電壓比較器的“”、“+’’輸入端。在正弦脈寬調(diào)制方法中，利用正弦波作調(diào)制波受它調(diào)制的信號稱為載波常用等腰三角波作載波。則矩形脈沖所組成的波形就與正弦波等效。逆變器的功率開關(guān)器件還可采用：可關(guān)斷晶閘管GTO、功率場效應(yīng)晶體管MOSFET