【正文】 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)。 (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。 Kp越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，但將產(chǎn)生超調(diào)和振蕩甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此 Kp 值不能取的過大 。 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U0 (100) U60 (110) O111 (111) U60 (110) U0 (100) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U0與 U60 之間 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U120 (010) U60 (110) O111 (111) U60 (110) U120 (010) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U60 與 U120 之間 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U120 (010) U180 (011) O111 (111) U180 (011) U120 (010) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U120 與 U180 之間 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U240 (001) U180 (011) O111 (111) U180 (011) U240 (001) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U180 與 U240 之間 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U240 (001) U300 (101) O111 (111) U300 (101) U240 (001) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U240 與 U300 之間 T0/4 T1/2 T2/2 T0/2 T2/2 T1/2 T0/4 O000 (000) U0 (100) U300 (101) O111 (111) U300 (101) U0 (100) O000 (000) a b c 位于空間矢量 U300與 U0之間 圖 抗飽和積分 PI 控制器算法框圖 其中： )(kUP 為比例項的輸出值， PK 為比例系數(shù)， )(ke 為當前誤差， iTT為積分系數(shù)， cK 為積分項的校正系數(shù)， )(kUi 為積分項的輸 出值， presatU 為輸出限副前的值， U 為輸出值， maxU 和 minU 為輸出限副的最大值和最小值。 抗飽和積分 PI 控制器的設(shè)計 在電機控制中通常會用 PI 調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，但如果直接用 PI 調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)的話，在飽和輸出時積分環(huán)節(jié)往往還停留在一個比較大的值，所以，本設(shè)計所使用的電流和速度調(diào)節(jié)器都是帶有積分校正的 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。 3176。 6176。 d q V4(100) 5176。 60， Ux， O000），其中 x=0、 1 240 且有以下特點： （ 1）每個 PWM 通道在每一個 PWM 周期中切換兩次； （ 2）在每一個由相鄰兩個基本矢量所劃分的空間里，三路 PWM 通道的切換順序保持一致； （ 3）每一個 PWM 周期中，輸出狀態(tài)都由 O000 開始； （ 4）每一個 PWM 周期中，插入的 O000 狀態(tài)的值與 O111 均相同。 切換滿足一下變化規(guī)律：（ O000， Ux， Ux177。任何給定輸出所對應(yīng)的空間矢量可以由圖 所示的對稱切換方式由基本空間矢 量擬合出來。但一個矢量轉(zhuǎn)換到另一個相鄰矢量模式的矢量時，在產(chǎn)生預(yù)定輸出電壓的采樣 T 期間 ,這兩相矢量時矢量和。 圖 矢量脈寬調(diào)制器的矢量示意圖 矢量軸把圖 分成六部分。在信號轉(zhuǎn)換方面，采用高速光電耦合器件，把這 8 個信號轉(zhuǎn)換連接驅(qū)動功率模塊產(chǎn)生 8 個不同相位電壓 V0~V7。 圖 靜止 dq 坐標系與旋轉(zhuǎn) DQ 坐標系關(guān)系圖 如圖所示， D 軸為轉(zhuǎn)子磁場指向的方向， ID、 IQ 的值由 D 軸及 d 軸的夾角和 Id、 Iq 有關(guān)，其具體公式如下： ??? ????? ???? ?? ?? c oss in s inc os IqIdIQ IqIdID （式 22） SVPWM 的產(chǎn)生 SVPWM 的產(chǎn)生是三相交流電機控制的關(guān)鍵，為了獲得 SVPWM 波，控制單元必須產(chǎn)生控制信號來控制逆變器的開關(guān)以實現(xiàn)波形的輸出。 圖 定子靜止 abc 坐標系與靜止 dq 坐標系 坐標系變換關(guān)系為： ??? ??? 3/)2( IaIbIq IaId （式 21） 而 PARK 變換則是吧靜止的 dq 坐標系轉(zhuǎn)變成跟著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的動坐標系 DQ 坐標系，以完成電流與轉(zhuǎn)子位置的解耦。如圖 中的 CLARKE 變換和 PARK 變換就是完成這一工作，把采集回來的 A 相、 B 相電流，轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)的動坐標系的 DQ 軸電流，再進行電流環(huán)的控制。 DSP 可計算出電機的當前速度，反饋 給速度環(huán)，并且將電角度的值賦予 PARK變換與 PARK逆變換。 DSP 將得到的 U 相和 V 相的電流，通過 CLARKE 變換變成靜止的兩相電流，再通過 PARK 變換把靜止的兩相電流轉(zhuǎn)換成運動的兩相反饋電流，送入電流環(huán)中進行運算。當輸入位置控制信號，信號回首先輸入位置環(huán)，位置環(huán)輸出速度信號，速度環(huán)對輸入速度信號進行 PI 調(diào)節(jié)，輸出 Q 軸參考電流， D 軸的參考電流始終保持為 0，然后在分別對兩電流作PI 調(diào)節(jié)，得到兩相運動的電流信號，接著通過逆 PARK 變換，變換成兩相靜止的電流信號，靜止的電流信號通過 SVPWM 模塊產(chǎn)生出六路 PWM 控制功率逆變 器驅(qū)動電機。通過 SCI 與 PC 機進行通信控制，實現(xiàn) PC 機發(fā)送命令控制運動 。在完成 PID 控制的基礎(chǔ)上根據(jù)不同速度、負載智能改變 PID 參數(shù)的控制方法。永磁同步電動機的調(diào)速系統(tǒng)的速度、電流雙閉環(huán)的 PID 參數(shù)的調(diào)試和確定是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的一個關(guān)鍵。 （ 4）實現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的 PID 閉環(huán)控制。由于 TI公司提供的電機控制的各種庫函數(shù)大部分是由原來的 TMS320F28XX定點芯片轉(zhuǎn)換過來的函數(shù)，函數(shù)主要還是使用 IQ 庫進行運算。本次設(shè)計必須在每一個模塊功能的完整實現(xiàn)后，才能真正整合成一個完整適用的控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)永磁同步電動機調(diào)速控制的功能。 （ 2）完成各外設(shè)功能的設(shè)計及實現(xiàn)。 設(shè)計所要解決的問題 本次設(shè)計希望解決以下問題： （ 1）完成 TMS320F28335 的永磁同步電動機控制板的設(shè)計。本次設(shè)計以適用于全電動注塑機的永磁同步電動機控制系統(tǒng)為目標進行設(shè)計，采用 TI 公司的 TMS320F28335 作為控制核心。 全電動注塑機憑借著其節(jié)約能源、清潔、噪聲少、速度控制效果好、精度高、可重復(fù)性高、成本低等眾多優(yōu)點，成為了當下高端注塑機發(fā)展的一個方向。通過TMS320F28335 的硬件浮點處理核心，實現(xiàn)應(yīng)用于永磁同步電機的浮點算法，去取代過去的定點算法，提高代碼效率。20202020 德州儀器 C2020 及 MCU 創(chuàng)新設(shè)計大賽 項目報告 題 目： 基于 DSP28335 的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 組別： 專業(yè)組 應(yīng)用類別： 先進控制類 平臺： C2020 題 目： 基于 DSP28335 的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 摘要（中英文） 本控制系統(tǒng)的設(shè)計是為了實現(xiàn)基于 TMS320F28335 的永磁同步電動機的調(diào)速系統(tǒng)，并把它引用到全電動注塑機當中。本系統(tǒng)使用 SVPWM 的控制方法，通過采樣電機電流和旋轉(zhuǎn)變壓器的位置信息，實現(xiàn)速度、電流雙閉環(huán)控制。 Abstract: The control system is designed to realize TMS320F28335 based on the permanent mag synchronous motor speed control system, and put it to quoting all electric of injection molding machine. The system of the control method used SVPWM, through the sampling motor current and rotating transformer position information, realize speed, current double closed loop control. Through the TMS320F28335 hardware floatingpoint processing core, realize the application for permanent mag synchronous motor in the floating point arithmetic, to replace the past fixedpoint algorithm, and improve the efficiency of the code. 1. 引言 設(shè)計背景及目的 本永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)是全電動注塑機的其中一個應(yīng)用部分。 全電動注塑機的所有運動機構(gòu)都采用交流伺服電動機驅(qū)動，一個穩(wěn)定高效的永磁同步電動機驅(qū)動方案成為了全電動注塑機性能的一個 總要部分。憑借 TMS320F28335 高速的運算能力，適用于電動機控制的各種外設(shè)，以及 TMS320F283XX 特有的硬件浮點運算能力，進行永磁同步電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計。本系統(tǒng)自主設(shè)計系統(tǒng)控制板，以 TMSF28335 作為主控芯片，采用 TI 公司提供的 豐富的軟件資源進行電機控制算法的設(shè)計。本次系統(tǒng)應(yīng)用了 PWM、 SPI、 ADC、SCI 等外設(shè)以及若干通用 I/O 口，每一部分都完成各自的功能與任務(wù)。 （ 3）實現(xiàn)基于 TMS320F28335 的定點算法到浮點算法的轉(zhuǎn)換。為 了發(fā)揮 TMS320F28335強大的硬件浮點運算功能，提高代碼的效率，必須在設(shè)計出浮點的控制方法。 PID 控制是經(jīng)典控制當中的應(yīng)用最廣，最有效的控制方法之一。 （ 5）提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。 （ 6）與 PC 通信進行電機的控制。 2. 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)整體設(shè)計方案 圖 永磁同步電機磁場定向控制原理框圖 如圖 所示，整個永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)工作在速度控制模式下，通過串行 SCI 接口輸入速度值以及電機轉(zhuǎn)向。 U相和 V相的電流值由分別安裝在兩相上的采樣電阻及后續(xù)放大處理電路得到，并通過 DSP 的 AD 模塊輸入。 通過安裝在電機尾部的旋轉(zhuǎn)變壓器，以及負責將旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的 AD2S90 與 AD2S99 芯片，可以準確地讀取永磁同步電機轉(zhuǎn)子的位置，并將此位置以數(shù)字量的方式通過 SPI 傳送給 DSP。 系統(tǒng)關(guān)鍵算法 CLARKE 變換及 PARK 變換 在永磁同步電動機的控制當中，對電流的采樣和反饋的關(guān)鍵是對三相電流與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系的解耦和反饋。 CLARKE 變換和 PARK 變換都是基于三相交流電機的數(shù)學模型的變換公式，其中 CLARKE 變換是把每一個瞬時的靜止 abc 三相定子電流坐標空間轉(zhuǎn)換成靜止的 dq 坐標系，如圖 所示。具體原理如下圖 。 SVPWM 在交流電動機中按預(yù)定的電壓相位工作， SVPWM 產(chǎn)生脈沖信號，且能減少諧振。圖 描述了這 種結(jié)構(gòu)。相鄰矢量的二維表示法只有一點點不同，在改變相序時，得出結(jié)論是：只有一個晶體管改變導(dǎo)通方式。 對于數(shù)字信號處理器 TMS320LF28335，可以利用芯片集成的 PWM 信號發(fā)生器通過編程的方式來實現(xiàn)。這種對稱的輸出方式可以非常方便地由 TMS320LF28335 通過軟件的方法控制三路 PWM 發(fā)生器實現(xiàn)。 60， O111， Ux177。 V0(000) V1(001) V3