【正文】 在與寧宇老師接觸的過程中，不僅使我懂得應(yīng)該如何去學(xué)習(xí)知識(shí)，而且讓我明白了在為人處 世、待人接物時(shí)應(yīng)該遵從的人生道理，相信這對我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的促進(jìn)作用。 感謝我的指導(dǎo)老師寧宇副教授在學(xué)習(xí)、工作和生活上給予我的指導(dǎo)、支持和關(guān)懷。 30 致謝 四年的大學(xué)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。 通過對永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的分析，建立了永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方案。 28 6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shù)的進(jìn)步，對永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)作用。當(dāng)電機(jī)以角速度 ? 運(yùn)行時(shí)，從采樣到輸出經(jīng)歷時(shí)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(shí)間， calculateT 為計(jì)算時(shí)間， outputT 為控制輸出時(shí)間。如果直接將檢測得到的磁極位置角用于系統(tǒng)控制會(huì)降低系統(tǒng)控制精度，嚴(yán)重時(shí)時(shí)系統(tǒng)工作不正常。轉(zhuǎn)子磁極位置計(jì)算公式為8. .. .2,1),01( ???? iCNTCNTki ??? 式（ 512）其中 i? 是第 i個(gè)區(qū)間的初始位置 27 角，也就是 C1發(fā)生變化時(shí)轉(zhuǎn)子磁極的精確位置， ?k 是變化系數(shù)。由 CNT0和 CNT1可以確定相對于 C1跳變時(shí)刻時(shí)的轉(zhuǎn)子磁極位置變化量。 圖 56 格雷碼信號與轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)關(guān)系 每當(dāng) C1觸發(fā)中斷，在確定中斷時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁極位置的同時(shí)，讀取 T3CNT中當(dāng)前的增量光電信號的計(jì)數(shù)值作為基值，寫入 CNT0。精確定位應(yīng)用格雷碼信號確定 8個(gè)精確的轉(zhuǎn)子磁dT cT T? 測速脈沖pf 的個(gè)數(shù) m1 時(shí)基脈沖 cf 的個(gè)數(shù) m2 26 極位置，并用這 8個(gè)精確的轉(zhuǎn)子磁極位置將一個(gè)電角度周期劃分為 8個(gè)區(qū)間，每一個(gè)區(qū)間的初始位置就 是格雷碼信號 C1發(fā)生變化的位置。單獨(dú)應(yīng)用增量式碼盤，無法進(jìn)行初始定位，且在累加過程中誤差不斷累計(jì)必然導(dǎo)致矢量解耦條件破壞，從而造成系統(tǒng)失控。 圖 55 M/T法測速原理 轉(zhuǎn)子磁極位置計(jì)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(jìn)行粗定位 ,再用增量式光電脈沖信號進(jìn)行精定位。 25 設(shè)所用測速碼盤每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 NP 個(gè)脈沖，在測速時(shí)間 TTT cd ??? 時(shí)間內(nèi)，測速脈沖記數(shù)值為 m1，時(shí)間基準(zhǔn)脈沖為 m2，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：2160 mP mfN N cf ? ，其中 cf為時(shí)間基準(zhǔn)脈沖頻率。而 T法采用記時(shí)器記取碼盤信號相鄰的兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔來計(jì)算速度，該方法由于高速時(shí)間脈沖時(shí)間間隔很短，在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)很不方便。其中 M法是用計(jì)數(shù)裝置記取時(shí)間間隔內(nèi)光電碼盤輸出的脈沖數(shù)來計(jì)算速度。 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(diǎn)，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(qiáng)；信號處理電路簡單、容易、慣量小。 C1連接到硬件中斷檢測管腳 XINT2和 XINT3上， XINT2負(fù)責(zé)檢測 C1信號的上升沿， XINT3負(fù)責(zé)檢測 C1的下降沿，每當(dāng)檢測到 C1邊沿就觸發(fā)一個(gè)外部中斷。當(dāng)進(jìn)行累加操作時(shí)寄存器 GPTCON的最高位自動(dòng)置 1，反之清 0，是加運(yùn)算還是減運(yùn)算由電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定，由此可認(rèn)為GPTCON的最高位體現(xiàn)了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 TIMER3用作計(jì)數(shù)器，工作模式設(shè)定為雙向循環(huán)計(jì)數(shù)，配合 QEP電路，對四倍后的光電脈沖信號進(jìn)行加、減計(jì)數(shù)。 DSP內(nèi)部資源分配 在 DSP的三個(gè)定時(shí)器中， TIMER1用作定時(shí)器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用來控制電流環(huán)采樣周期、計(jì)算周期和速度環(huán)計(jì)算周 期。 圖 54 參考電壓矢 量在第三扇區(qū)時(shí) PWM的輸出情況 轉(zhuǎn)子磁極位置檢測和速度檢測 根據(jù) PMSM的矢量控制原理可知 ,高精度的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測和速度檢測對于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)有著重要的意義 ,直接影響系統(tǒng)的性能。按下式計(jì)算出三個(gè)中間變量 X、 Y、 Z，然后根據(jù)表（ 51）即可得 21,tt 。 ??? ??? 0,0 0,1aaa VVAV ， ??? ??? 0,0 0,1bbb VVBV ， ??? ??? 0,0 0,1ccc VVCV 式（ 58） 扇區(qū)號 =A+2B+4C 式（ 59） 根據(jù)參考電壓所在扇區(qū)，選擇兩個(gè)參考電壓矢量相鄰的基本電壓矢量? ? 1 6 4 5 )110(6? ?? V )010(2? ?? V )011(3? ?? V )001(1? ?? V )101(5? ?? V )100()000( 40 ? ??? ?? VV 3 )111(7? ?? V 2 22 1?xxandUU ，并計(jì)算在采樣周期 T內(nèi)這兩個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間 1, ?xxtt 。 圖 53 基本電壓空間矢量 確定參考電壓矢量所在扇區(qū) 首先將參考電壓從 ?? 坐標(biāo)系按下式轉(zhuǎn)變到三相靜止坐標(biāo)系。通過八個(gè)電壓空間矢量的線性組合可以得到一組等幅異相的電壓空間矢量，獲得一個(gè)逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)共有八種組合，分別為 ]000[0 ?? ?? V ； ]001[1 ?? ?? V；]010[2 ?? ?? V ； ]011[3 ?? ?? V ； ]100[4 ?? ?? V ； ]101[5 ?? ?? V ； ]110[6 ?? ?? V ；]111[7 ?? ?? V 。將上橋臂和下橋臂的開關(guān)狀態(tài)‘ 1’表示，關(guān)斷狀態(tài)用‘ 0’表示。 圖 51 PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖 PI調(diào)節(jié)器工作原理如下 : e(K)= )()( KyKyr ? 式 (51) u(K)= )()1( KekKx pi ?? 式 (52) )()( KuKul ? 式 (53) u(K)??????????????m inm inm a xm inm a xm a x)(,)(),()(,uKuuuKuuKuuKuul 式 (54) 誤差 e 反饋值 y u maxu minu 輸出 1u 輸出調(diào)節(jié) 給定量 ry 20 )()()( KuKuKe ll ?? 式 (55) )()()1()( KeKKeKKxKx lc oriii ???? 式 (56) 其中 pK 是比例系數(shù) , iK 是積分系數(shù) ,le 是 PI調(diào)節(jié)器的限幅誤差 ,在計(jì)算中反饋給控制調(diào)節(jié)器積分量 ix ,使調(diào)節(jié)器及時(shí)退飽和 , picor KKK /? . 電壓空間矢量 SVPWM 電壓空間矢量控制把逆變器和電機(jī)視為一體 ,按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制PWM電壓 .SVPWM方法能夠大大提高電壓利用率 ,并有良好的諧波特性。 圖 43 主電路結(jié)構(gòu)原理圖 19 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 數(shù)字調(diào)節(jié)器 對于調(diào)速系統(tǒng)，要求每個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都應(yīng)該加限幅。泵升電壓會(huì)過高會(huì)影響并聯(lián)在母線上的所有器件的正常工作，甚至可能燒毀器件，故必須采取措施加以限制。 PWM變換器主電路的直流電源是三相全波整流電源，因整流器不允許電流流逆向流動(dòng)，所以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由高速到低速的過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量不可能通過變流器回饋給電網(wǎng)，只能向?yàn)V波 電容器 C2充電。并聯(lián)的三個(gè)壓敏電阻 RV1, 2, 3，對輸入浪涌電壓有一定限制作用。 (4)、本論文所設(shè)計(jì)的主電路如圖 43所示， IPM模塊采用日本三菱公司生產(chǎn)的七合一模塊，采用電壓 空間矢量 PWM (SVPWM)變頻調(diào)速方法。 IPM在故障情況下的自保護(hù)能力，減低了器件在開發(fā)和使用中過載損壞機(jī)率。 (2)、實(shí)現(xiàn)高效的過流和短路保護(hù)。近些年