DSP中电机弱磁控制解析ppt课件.ppt
希望电机可以具有较宽的调速范围,从而实现高速或低速的不同控制需要。常规的变频调速控制中，通过控制频率和电压协调变化，来驱动永磁同步电机，控制电机的转速。这种方法控制简在永磁同步电机为驱动的很多控制场景中，都单，但是会受到电机基频的限制，当电机的转速运行在基频以上时，由于磁路饱和及逆变器最大输出电压的限制，定子线电压不在随之变化，维持额定电压，电机的磁通也由于磁路饱和而维持恒定，不在上升，此时，控制频率的上升必然使得永磁同步电机的电压方程不在成立.fdiddqiqLq定子电感的存在，使 d 轴与 q 轴相互耦合，且与转速相关，在高速时，公式中划线部分无法忽略，从而导致控制性能下降电流反馈控制是将电流指令值和反馈电流值的静差，通过电流调节器，得到直轴电压和交轴电压 Ud Uq,由图 3- 1 可以看出，电流环、速度环及弱磁控制部分都需要 PI 调节器，调节器的参数设计增加了系统的复杂性。本文用工程整定法对 PI 调节器进行设计，再对设计出的参数进行调整由图 3- 3 可以看出，控制系统两个电流环的结构是基本对称的，因此设计过程中两个电流环的 PI 调节器取相同的参数。将 id电流内环结构使用传递函数表示为：SVPWM 整体的模块搭建图，如下：主电路采样 AC-DC-AC 逆变方式，整流电路和滤波电路将交流电变为平滑的直流电，本文结合实际条件采样的是单向不可控整流器和大电容滤波，这里对这个部分就不作详细的介绍。逆变部分，可以有两种方案：方案一是使用单独的 IGBT 开关管和续流二极,管来搭建三相逆变桥，搭建中需要考虑 IGBT 的驱动模块、缓冲电路和保护电路等，这种方案成本不高，可以有效减小控制板的面积，但是搭建过程较复杂，考虑因素较多；二是选择使用智能功率模块（IPM），这种方案将逆变桥整体封装在一起，并且可以提供的完善保护。本文使用方案二，选择富士公6MBP20RH060 型 IPM。其电气性能为：额定电流 20A，直流母线额定耐压值 450V，直流母线最大耐压值为 600V，浪涌电压为500V，最大开关频率为 20KHZ图 5- 2 为 6MBP20RH060 的内部结构图，IPM 将六个带续流二极管的 IGBT、芯片驱动电路、保护电路集成在一起，并在脉冲输入端有稳压管钳压，防止输入脉冲电压过大。上桥臂的三个 IGBT，结构相同，需要三路独立电源供电，都包括电源输入、驱动信号输入、接地端；下桥臂将三个 IGBT 集成在一起，由一路电源供电。U、V、W 为三相交流电输入（IPM 用着可控整流时）或输出（逆变时）端子，P、N1、N2 为模块的直流输出（可控制整流时）或输入（逆变时）端子。IPM 提供了过电流、欠压、短路等很多完善的保护功能，ALM 是 IPM 的保护电路警报输出端它还有以下特点:控制电路的电源电路前面设计的控制电路的需要直流电源才能工作，本文电源的设计思路是采用三端稳压元件来得到直流电源，即是使用单向变压器对 220V 交流电压降压，全桥整流后得到直流电压，最后使用三端稳压元件得到稳定的直流电压。采样电路的运算放大器和 IPM的供电电源都是需要正负 15V 直流电源，设计图 5- 9 所示，且 IPM 供电电源要求相互隔离的 4 路 15V 电源，设计电路与图 5- 9 类似5V 的仿真电路如图 5- 11 所示，其直流电压波形如图 5- 12，其中通道 A 的波形是输入三端稳压稳压芯片的电压波形，通道 B 的波形是三端稳压芯片输出的 5V 直流电压波形。在调试中，滤波电容参数对输出的波形有很大的影响。同样 15V 的 DC 电压波形如图 5- 13 所示仿真结果如图 5- 15 所示：通道 A 是模拟正负 5V 的交流电压，采样的结果连接在放大器的输出端，所以相位是相反的，通过对滤波和提升电路，将正负 5V 的双极性电压信号，转化为 0 到 3V 的单极性电压信号。这个仿真结果验证了理论设计的正确性，确定了电流采样电路中的参数问题。信号处理电路中对霍尔信号和 PWM 脉冲信号电压幅值的变换，参考前面的设计电路搭出模型如图 5- 16 模拟了 PWM 脉冲信号的转化过程，使用信号发生器模拟 DSP 处理器产生 3V 的脉冲信号，使用光耦对脉冲电压的幅值进行变换，最后得到大于 8V 的IPM 驱动脉冲信号。仿真电路验证了前面电路设计的正确性DSP2812 及开发环境DSP2812 是 TI 公司的为电机控制产品的开发而推出的 DSP 芯片，具有非常强大的功能。下面对编写程序需要用到的芯片部分做一个简单的介绍：芯片的时钟控制系统是控制系统的“心脏”，它为系统提供时钟脉冲，在使用 AD采样、电机控制模块（EVA）等外设前，应先通过设置寄存器，给外设分配时钟信号。DSP2812 是三级中断机制，包括外设中断、PIE 级中断、CPU 级中断。外设中断一共是 96 个，包括了定时器、PWM 比较器中断等所有外部设备的中断。将外设中断分成12 组，每组 8 个，构成了 12 个 PIE 级中断（PIE1 到 PIE12），最后是 CPU 级中断，每个中断都由中断使能位控制着中断的“开关”，中断标志位表示着中断的状态主程序的流程图如图 5- 19 所示，时钟初始化主要为事件管理器模块 EVA，AD 采样等外部设备设定时钟频率；GPIO 的初始化是为系统分配 PWM 脉冲输出口和电流采样，转速采样等输入口。三级中断的初始化方法如前面的例子所示。EVA 的初始化要设定 EVA 中定时器和比较器及捕获端口的初始值，及 PWM 的产生方式等。初始化工作完成后就等待进入中断程序.PI 调节器及比例、积分调节器，其公式如下：本章在硬件方面，对采样电路、驱动电路、电源电路的设计进行了详细的阐述，并使用 Multisim 软件对设计的电路进行了仿真，确定了电路中的部分参数，简化了电路的调试过程；软件方面，介绍了使用 DSP2812 编程。本文对永磁同步电机弱磁控制系统进行理论分析和基于 Matlab/Simulink 的建模与仿真，并为搭建实验平台给出了电路的硬件设计和软件流程图。本文所做的工作主要包括如下几个方面：(1) 分析了永磁同步电机的数学模型，建立了两相同步旋转坐标系下永磁同步电机的数学模型，以方便对弱磁控制系统的设计。通过文献综述，对弱磁控制进行了详细的阐述，包括了弱磁运行的约束条件和不同工作区间中的电流分配，及弱磁控制策略，还分析了电机参数对弱磁控制的影响。(2) 研究了永磁同步电机弱磁控制系统的参数设计问题。对电流环和速度环的 PI 参数进行了整定。此外，还对弱磁控制系统中的电流调节器的解耦、空间矢量调制方式、电压反馈的弱磁控制进行了详细的分析介绍。
