基于dsp28335的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計-在線瀏覽
2024-08-07 17:45本頁面
【正文】 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(fù)責(zé)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(zhǔn)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(dāng)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(xué)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(biāo)空間轉(zhuǎn)換成靜止的dq坐標(biāo)系。 靜止dq坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)DQ坐標(biāo)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： （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。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。dqV4(100)5176。6176。3176。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)。 切換滿足一下變化規(guī)律：（O000，Ux，Ux177。60，Ux，O000），其中x=0、1240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。 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(jìn)行調(diào)節(jié)，但如果直接用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)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，在能非常快的退飽和，能夠有效地提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少超調(diào)量。 抗飽和積分PI控制器算法框圖 其中：為比例項的輸出值，為比例系數(shù)，為當(dāng)前誤差，為積分系數(shù)，為積分項的校正系數(shù)，為積分項的輸出值，為輸出限副前的值，為輸出值，和為輸出限副的最大值和最小值。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。 (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。Kc越大，控制器的輸出值退飽和越快，但，Kc過大會使得輸出值在飽和值附近產(chǎn)生過大的振蕩使得系統(tǒng)反應(yīng)過慢；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)。由于仿真法對電機參數(shù)的非常敏感，本次系統(tǒng)的參數(shù)整定使用經(jīng)驗整定法，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，對于不同速度段的PID參數(shù)進(jìn)行整定，獲得分段的PID參數(shù)。必須保證電流環(huán)的響應(yīng)速度、控制精度,矢量控制策略才有可能實現(xiàn)。由于要同時控制D軸和Q軸的電流，所以電流控制需要兩個電流環(huán)同時協(xié)調(diào)工作以達(dá)到Q軸電流與速度環(huán)給定的電流相等，D軸的電流等于零。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定的操作方法：，目的是為了消除電機轉(zhuǎn)動時反電勢的干擾；，目的是對應(yīng)速度環(huán)所給電流信號的速率；，反復(fù)嘗試調(diào)整PI參數(shù)，直到效果最好為止，從而整定PI參數(shù)。從廣義上講，速度環(huán)也應(yīng)具有響應(yīng)快，超調(diào)量少的特性。選擇好的三相交流永磁同步伺服電動機、分辨率高的光電編碼器、零漂誤差小的電流檢測元件以及高開關(guān)頻率的大功率開關(guān)元件，就可以降低轉(zhuǎn)速不均勻度，實現(xiàn)高性能速度控制。速度環(huán)不需要過高的采樣頻率，過高的采樣頻率容易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 這里的速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定跟電流環(huán)一樣，都是通過反復(fù)調(diào)試確定的。本次設(shè)計中應(yīng)用了ePWM、ADC、SPI、SCI等外設(shè)，以及使用GPIO進(jìn)行驅(qū)動模塊的風(fēng)扇、繼電器、剎車電阻用的IGBT的通斷控制，以及鍵盤、數(shù)碼管人機交互的實現(xiàn)。以下是本次設(shè)計的總體設(shè)計圖，其中DSP28335控制板為本次設(shè)計的主要部分。功率驅(qū)動板采用現(xiàn)成的產(chǎn)品，選用的是IGBT模塊7MBR50S120,1200V，50A的PIM。通過SN74HC74芯片做D觸發(fā)器，74HC08與門對錯誤信號，復(fù)位信號，軟件控制信號進(jìn)行邏輯處理和判斷，對錯誤信號進(jìn)行迅速處理。因此必須對功率驅(qū)動板反饋回來的電流信號、直流母線電壓采集信號進(jìn)行信號調(diào)理。 A、B相電流信號采集與調(diào)理 電流反饋是永磁同步電機控制中的一個重要的環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)中功率驅(qū)動板采用采樣電阻采樣A、B兩相的電流，通過A7840隔離放大器對微電壓信號進(jìn)行放大，再通過TL082C運算放大器進(jìn)一步放大雙極性的電壓信號，變?yōu)門MS320F28335可以處理的0~3V的單極性信號。 電流信號調(diào)理電路 直流母線電壓采集與調(diào)理 功率驅(qū)動板的電源管理部分已對母線電壓進(jìn)行了處理，其范圍信號范圍在控制在了0~3V之間，可以對其信號進(jìn)行直接采樣。 本設(shè)計中所使用的永磁同步電機采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為轉(zhuǎn)子位置信息的檢測單元，通過正弦模擬勵磁信號激發(fā)，反饋回來兩組相位相差90176。為了把旋轉(zhuǎn)變壓器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，本次控制系統(tǒng)采用了AD2S90，AD2S99的芯片組合。 旋轉(zhuǎn)變壓器信號模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 數(shù)碼管顯示及鍵盤電路
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