DSP中电机弱磁控制解析ppt课件.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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。