基于交流永磁同步電機的全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)

摘要：根據(jù)永磁同步電機的數(shù)學模型和矢量控制原理，通過仿真和實驗研究，開發(fā)出一套基于DSP控制的伺服系統(tǒng)，并給出了相應(yīng)的實驗結(jié)果驗證該系統(tǒng)的可行性。

    關(guān)鍵詞：永磁同步電機；矢量控制；數(shù)字信號處理器

引言

目前，交流伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床，機器人等領(lǐng)域，在這些要求高精度，高動態(tài)性能以及小體積的場合，應(yīng)用交流永磁同步電機（PMSM）的伺服系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。PMSM本身不需要勵磁電流，在逆變器供電的情況下，不需要阻尼繞組，效率和功率因數(shù)都比較高，而且體積較同容量的異步電機小。近幾年來，隨著微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的交流伺服系統(tǒng)采用了數(shù)字信號處理器（DSP）和智能功率模塊（IPM），從而實現(xiàn)了從模擬控制到數(shù)字控制的轉(zhuǎn)變。促使交流伺服系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。本文介紹了一種永磁同步電機的伺服系統(tǒng)設(shè)計方法，它采用F240DSP作為控制芯片，同時采用定子磁場定向原理（FOC）進行控制。實驗結(jié)果證明，該系統(tǒng)設(shè)計合理，性能可靠，并已成功地應(yīng)用于實際的伺服控制系統(tǒng)中。

圖1 系統(tǒng)控制框圖

1 PMSM數(shù)學模型

永磁電機可分為兩種：一種輸入電流為方波，也稱為無刷直流電機（BLDCM）；另一種輸入電流為正弦波，也稱為永磁同步電機（PMSM）。本文針對后者的系統(tǒng)設(shè)計。為建立永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子軸（dq軸）數(shù)學模型，作如下假定：

1）忽略電機鐵心的飽和；

2）不計電機的渦流和磁滯損耗；

3）轉(zhuǎn)子沒有阻尼繞組。

在上述假定下，以轉(zhuǎn)子參考坐標（軸）表示的電機電壓方程如下：

定子電壓方程

ud=Rsid＋pψd－ωeψq  （1）

uq=Rsiq＋pψq＋ωeψd   （2）

定子磁鏈方程

ψd=Ldid＋ψf   （3）

ψq=Lqiq   （4）

電磁轉(zhuǎn)矩方程

Tem=3/2Pn[ψfiq＋(Ld－Lq)idiq]   （5）

電機的運動方程

J(dwm/dt)=Tem－TL   （6）

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