dsp實(shí)現(xiàn)相異步電動(dòng)機(jī)FOC控制實(shí)施方案

1、DS-MCKI (dsp2812) 實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī) FOC空制方案實(shí)驗(yàn)概述:本實(shí)驗(yàn)分5步測(cè)試逐步完成從開(kāi)環(huán)控制到轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，每步編譯用到 的模塊不同。下面給出本程序中所有模塊及對(duì)應(yīng)步驟所編譯到的模塊。表2-1軟件模塊步驟1步驟2步驟3步驟4步驟5EN_DRIVEVVVVVPWMDACVVVVVRAMP GENVVVVRAMP CNTLVVVVI PARKVVVVVVSVGEN DQVVVVVVPWM DRVVVVVVVILEG2 DCBUS DRVVVVVVPHASE VOLTAGE CALCVVVVVCLARKEVVVVVPARKVVVVVCAP EVENT DRVVVVVVS

2、PEED PRVVVVVPID REG3(ID)VVVVPID REG3(IQ)VVVVCUR MODVVVPID REG3(SPEED)VV圖標(biāo)"表示本步驟用到此模塊，圖標(biāo)W表示本步驟要測(cè)試的模塊下面再給出每個(gè)模塊的輸入與輸出量名稱及其量值格式表2-2軟件模塊輸入量輸出量名稱格式名稱格式EN_DRIVEEn ableFlagQ0GPIOA6GPIOA11GPIO寄存器PWMDAC DRVPWMDACINPOINTER0PWMDACINPOINTER1PWMDACINPOINTER2Poi nters toQ15variablesCMPR4CMPR5CMPR6T3PEREVB寄存器R

3、AMP_GENFreqOffsetIQOutIQGai nRAMP_CNTLTargetvalueIQSetpo in tValueIQl_PARKDsQsAn gelIQAlphaBetaIQSVGEN_DQUalphaUbetaIQTaTbTeIQPWM_DRVMfun cC1Mfun cC2Mfun cC3Mfun ePeriodQ15CMPR1CMPR2CMPR3T1PEREV registersILEG2_DCBUS_DRVADCINx/y/zADC H/W pi nsImeasAImeasBImeasCVdeMeasQ15PHASE_VOLTAGE_CALCMfun eC1Mfun

4、 eC2Mfun eC3DeBusV oltIQVphaseA VphaseB VphaseCValpha VbetaIQCLARKEAsBsIQAlphaBetaIQPARKAlphaBetaAn gleIQDsQsIQCAP EVENT DRVCAP nEV H/W pinFIF OnEv寄存器SPEED_FRTimeStamp Even tPeriod In putSeleetIQOutIQPID_REG3RefFdbIQOutIQCUR_MODIdsIqsWrIQThetaIQ9 / 16（一）、FOC控制原理簡(jiǎn)介FOC即磁場(chǎng)定向控制，它的基本思路是利用d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將定子電流分

5、解 成勵(lì)磁電流Ds和轉(zhuǎn)矩電流 Qs。在調(diào)速的過(guò)程中保持轉(zhuǎn)子磁鏈 書(shū)2不變，即讓Ds= 常數(shù)，此時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理與直流電動(dòng)機(jī)相同，控制定子電流的轉(zhuǎn)矩分量 Qs就象控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，可以線性的調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。（二八 系統(tǒng)組成方案及功能模塊劃分系統(tǒng)包含15個(gè)軟件模塊，下圖給出了步驟 5中系統(tǒng)的功能模塊劃分和模塊間的相互關(guān)系圖2-1（三八系統(tǒng)測(cè)試步驟和方法步驟1、步驟1矢量計(jì)算和PWM生成測(cè)試實(shí)驗(yàn)圖2-1-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖2-1-2給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程。 本步驟完成最小系統(tǒng)檢查的任務(wù)，其中只用到表2-1步驟1中標(biāo)記的功能模塊以下給出步驟1中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范

6、圍EnableFlag： 0、1;啟停控制位 SpeedRe：（ 00.99）;速度給定值VdTesting：（00.9） ； D 軸電流給定VqTesting： （00.9） ； Q 軸電流給定TjrgiA'fthis.RAMF CSTLEqjiLFI 昶.0*1VqTiiiaELem- p3L弭 filter circuitPTdUAC址k亠 Caw .y.VMDACZNJO- r IWi ?W 迥丁巨竄Jib7cc into初始化S/W模塊靈即e *Ql» MTVFC PWli DlRV圖2-1-1實(shí)驗(yàn)功能框圖INT2中斷 )7 cT5初始化寄存器T1保存現(xiàn)場(chǎng)并清除 中

7、斷標(biāo)志執(zhí)行 PWM DRV/PWMDAC 模塊T執(zhí)行SVGEN DQ模塊T1UF ISR執(zhí)行DATALOG模塊使能T1下益中斷和INT2中斷執(zhí)行ADC模塊（電流/DC母線電壓測(cè)量）初始化其它系 統(tǒng)和模塊參數(shù)空循環(huán)丿亠INT2 :執(zhí)行CLARKE/PARK模塊更新 EN_DRIVE/PWMDAC/DATALOG 模塊恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回）圖2-1-2實(shí)驗(yàn)軟件流程在實(shí)時(shí)模式下打開(kāi) watch window窗口的Buildl標(biāo)簽改變SpeedRef輸入?yún)⒘康?值，從而改變斜坡信號(hào)和正弦波的頻率。在實(shí)時(shí)模式下修改 watch window窗口中的VdTesting、VqTesting值，可以改變 輸出正弦波的

8、幅值。對(duì)應(yīng)VdTesting等效直流電機(jī)中的勵(lì)磁給定，VqTesting直流電機(jī) 中的轉(zhuǎn)矩給定(即電樞電壓給定)。利用圖形顯示功能觀測(cè)輸出量 Ta、Tb、Tc和Ta-Tb 的波形隨輸入?yún)?shù)改變的變化情況。首先按操作規(guī)范完成“仿真器和實(shí)驗(yàn)箱”或者“仿真器和TechV CPU板”的連接，并接通它們的電源，在不連接功率單元的情況下先測(cè)試PWM輸出是否正確。操作方法是：?jiǎn)?dòng) CCS軟件，用“ Fileworkspace"菜單命令打開(kāi)“ ACI3_3_281X clQmath'build” 文件夾下的 workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks 文件；將頭文 件

9、“ build.h ”中的編譯指令BUILDLEVEL設(shè)為“ LEVEL1 ”；然后重新編譯連接程序；加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行(RUN)編譯完成的“ aci3_3.out”程序；Watch window 選中 Build1 標(biāo)簽，將圖形顯示窗口 Channal1 &2、Channal3&4、watch window 改為連 續(xù)刷新。設(shè)置EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變SpeedRef VdTesting、VqTesting值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化如下。圖2-1-5 Ta和Tb波形圖2-1-6 Tc和Ta-Tb波形步驟2、電流、直流母線電壓、速度測(cè)試此步驟在步驟1的基

10、礎(chǔ)上增加對(duì)電壓、電流采樣模塊、clarke/park變換模塊、速 度測(cè)量計(jì)算模塊的測(cè)試。圖2-2-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖2-2-2給出了實(shí)驗(yàn)程 序的軟件流程。以下給出步驟2中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableFlag： 0、1;啟?？刂莆籗peedRef (00.99);速度給定值VdTesting： (00.6) ； D 軸電流給定VqTesting: (00.6); Q 軸電流給定'冒T也血古V'lTtMDSspudKirRAJkEP.CLow-p-awfiltrrcii'cniEGU3WILBACQlfr 日9c_intO初始化S/W模塊初始化寄存器T1使能

11、T1下益中斷和INT2中斷初始化其它系 統(tǒng)和模塊參數(shù)0-+I F.UKRAMP. CnINL F!A.XDA£PCUNH JrlflW j_222SNP0IN-TZRJ.mcCTQR力 ZZF2PARK1 Aafle、3*.IlW2B«agRK圖2-2-1 “步驟二”功能框圖INT2中斷T1UF ISR保存現(xiàn)場(chǎng)并清除中斷標(biāo)志執(zhí)行RMP模塊執(zhí)行RMP GEN模塊執(zhí)行ILEG2 VDC模塊執(zhí)行CLARKE/PARK變換QIf HW3LEG2 DCB事AKE屮AZSCDrt tiiii廠 1im 3JLDCHwK 丁曾4f VKW»；5II-:aMkAOnf.*!Viz

12、HiiuCEiK空循環(huán)： INT2 :執(zhí)行I PARK模塊KU*執(zhí)行SVGEN DQ模塊執(zhí)行PWM DRV模塊執(zhí)行QEP DRV函數(shù)執(zhí)行SPEED FR模塊執(zhí)行PWMDAC模塊執(zhí)行DATALOG模塊更新 EN_DRIVE/PWMDAC/DATALOG 模塊恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回）圖2-2-2 “步驟二”軟件流程在實(shí)時(shí)模式下打開(kāi) watch window窗口的Build2標(biāo)簽改變SpeedRef輸入?yún)⒘康?值，從而改變斜坡信號(hào)和正弦波的頻率。 在主電路電源打開(kāi)的情況下、電機(jī)空載轉(zhuǎn)速 在SpeedRef=0.99時(shí)可達(dá)到1450轉(zhuǎn)/分。在實(shí)時(shí)模式下修改 watch window窗口中的VdTesting、V

13、qTesting值，可以改變 輸出正弦波的幅值。對(duì)應(yīng)VdTesting等效直流電機(jī)中的勵(lì)磁給定，此步中為定值0.25。 沒(méi)有特殊情況可不改變此值。VqTesting直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩給定，空載時(shí)給0,當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后可適當(dāng)增加。注意 VqTesting、VdTesting越大電機(jī)電流越大?？捎^察圖形 顯示窗口中的Channal3&4中l(wèi)a和lb電流的幅值，當(dāng)其正弦波電流畸變?yōu)榉钦視r(shí) 說(shuō)明VqTesting、VdTesting給定已經(jīng)超出允許范圍，應(yīng)立即停止電機(jī)！在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 不要長(zhǎng)時(shí)間給定很大值使電機(jī)工作。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng)

14、CCS軟件，用“ Fileworkspace"菜單命令打開(kāi)“ ACI3_3_281X clQmath'build” 文件夾下的 workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks 文件；將頭文 件“ build.h ” 中的編譯指令 BUILDLEVEL 設(shè)為“ LEVEL2 ”；用“ ProjectBuild ” 菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行（RUN） “aci3_3.out” 程序；接通主電路電源；選中 Watch window Build2標(biāo)簽將圖形顯示窗口 Channal1 &2、 Channal3&4、wa

15、tch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置 EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變 SpeedRef VdTesting、VqTesting值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化。此時(shí)如果逆變電路正確，則電機(jī)緩慢啟動(dòng)，并逐漸達(dá)到給定轉(zhuǎn)速；在實(shí)時(shí)模式下 修改SpeedRef的值（00.99），相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。為下一步實(shí)驗(yàn)測(cè)量Id的PID限幅值：測(cè)量Id的PID限幅值：SpeedRef=0.5使VqTesting= 0,增加VdTesting直到圖形 顯示中Ta的幅值為1,此時(shí)的VdTesting值即為下一步中Id PID的即幅值（土 0.6）。注意：同步驟一一樣VdTesting、VqTesti

16、ng不要給太大值使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作。觀測(cè) Ta、RMPGEN output、la、Ib 的波形。卜V亠丿 '0 99'乍111IIIr 1J的孔OJiSS002S6kin口SOuirKll&l圖 2-2-4 la 和 lb圖 2-2-3 Ta和 RMPGEN output步驟3、兩個(gè)電流PI調(diào)解器測(cè)試在步驟2的基礎(chǔ)上增加對(duì)DQ軸電流調(diào)節(jié)模塊功能的測(cè)試和轉(zhuǎn)速測(cè)量。進(jìn)行本試驗(yàn)前要首先完成以上兩步實(shí)驗(yàn)，將電流反饋信號(hào)整定好。圖2-3-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖 2-3-2給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程。以下 給出步驟3中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableFlag： 0、1;啟?？刂?/p>

17、位SpeedRe：（ 00.99）;速度給定值IdRef:（ 00.6）； D軸電流給定IqRef:（ 00.6）； Q軸電流給定圖2-3-2 “步驟3”軟件流程此步除調(diào)整以上參數(shù)以外可以在主程序aci3_3.c中找到初始化Id的PID_REG3和lq的PID_REG3,改變其比例、積分、微分參數(shù)。使電機(jī)獲得更加好的的啟動(dòng)過(guò) 程。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng) CCS軟件，用“ Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ ACI3_3_281XclQmath'build” 文件夾下的 workspace文件“aci3_3_281x_cc

18、s2x.wkS'文件；將頭文 件“ build.h ” 中的編譯指令 BUILDLEVEL 設(shè)為“ LEVEL3 ”；用“ ProjectBuild ” 菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行(RUN) “aci3_3.out” 程序；接通主電路電源；選中 Watch window Build3標(biāo)簽，將圖形顯示窗口 Channal1 &2、Channal3&4、watch window 改為連續(xù)刷新。設(shè)置 EnableFlag 值為 1， 啟動(dòng)程序。改變SpeedRe、IdRef、IqRef值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化。此時(shí)如果參數(shù)給定正確，則電機(jī)緩慢

19、啟動(dòng)，并逐漸達(dá)到給定轉(zhuǎn)速；在實(shí)時(shí)模式下 修改SpeedRef的值(00.99)，相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。觀測(cè)Ta和RMPGEN output、la和轉(zhuǎn)速如圖所示：圖2-4-4 Ia和轉(zhuǎn)速圖 2-4-3 Ta和 RMPGEN output 注意：同步驟樣IdRef、IqRef9L/0L&CSEd葉牯吐Ok4>!畫(huà)八:'.L2lta-uKe"T"&EIiF3A.畫(huà)3p'ijtI1&I Q § 蘇r 1B-1 V r目1Wir二10F1IF 1rg:ts M P鼠囂£L1.flora赴PxlT3e¥e

20、301dKV民FanflJLYlxfNsrr - J *巡 rSW F-uchMH §Am©0 JJrI1i IiL=dI困_* uyis-日 cdsEnableFlag： 0、 SpeedRe： （ 00.99）; IdRef:（ 00.6）； IqRef:（ 00.6）；qep1.CalibratedA ngle：初始化s/w模塊初始化寄存器T1執(zhí)行RMP/RMP GEN 模塊執(zhí)行ILEG2 VDC模塊|使能T1下益中斷和INT2中斷執(zhí)行CLARKE/PARK變換初始化其它系 統(tǒng)和模塊參數(shù)執(zhí)行IQ/ID PID控制器更新 EN_DRIVE/PWMDAC/DATALOG

21、模塊I PARK模塊-空循環(huán)INT2執(zhí)行SVGEN DQ模塊|恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)(返回)步驟4、電流模型測(cè)試在步驟3的基礎(chǔ)上增加對(duì)電流模型模塊功能的測(cè)試。電流模型模塊從“ PARK變 換”模塊和速度測(cè)量模塊獲取輸入值，將計(jì)算得到的輸出值送給“ CUR_MOD模塊”。 此實(shí)驗(yàn)前需要整定電流反饋信號(hào)。圖 2-4-1給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程，圖 2-4-2給 出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖。以下給出步驟 4中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍 1;啟?？刂莆凰俣冉o定值D軸電流給定Q軸電流給定(OxOOOOOxFFFF);光電編碼器角度對(duì)位圖2-4-1 “步驟4”軟件流程此步驟與上一步操作上是一樣的，只是增加了對(duì)CUR_MOD模塊的

22、觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)CUR_MOD模塊的輸出Theta的方向要與RMP GEN輸出output相同。若相反, 將電機(jī)組中的光電編碼器連接到電動(dòng)機(jī)的另一端， 從而改變光電編碼器采得的旋轉(zhuǎn)方 向。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng) CCS軟件，用“ Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ ACI3_3_281X clQmath'build” 文件夾下的 workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wkS'文件；將頭文件“ build.h ” 中的編譯指令 BUILDLEVEL 設(shè)為“ LEVEL4 ”；用“ Projec

23、tBuild ” 菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行（RUN） “aci3_3.out” 程序；接通主電路電源；Watch window選中Build4標(biāo)簽，將圖形顯示窗口 Channel1 &2、 Channel3&4、watch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置 EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變 SpeedRe、IdRef、IqRef 值，光電編器角度對(duì)位：使SpeedRe上0.5,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)值。在watch window窗口 Build4中空行處寫(xiě) 入qep1.CalibratedAngle變量，并改變其值大小，觀察Channel3&am

24、p;4中電流模型輸出和 RMPGEN output，使兩個(gè)鋸齒波的下降沿對(duì)齊（電流模型輸出略滯后于RMPGENoutput），記住此時(shí)的qep1.CalibratedAngle值，停止程序，去掉實(shí)時(shí)模式，RESET CPU, 在程序aci3_3.c文件中找到初始化 qep1.CalibratedAngle= x;的語(yǔ)句，將值寫(xiě)入等號(hào) 后，重新編譯、載入程序，運(yùn)行程序驗(yàn)證角度對(duì)位是否正確。觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化如下圖 2-4-3、圖2-4-415 / 16圖 2-4-3 Ta和 Ia圖 2-4-4 電流模型 output和 RMPGEN outputJqRHEdLSLAMP t丁嚴(yán)哉 taki

25、m.F-ny - la!J?pt*dRtiRAil? GEyCl-R_ innOUT1.I FERM?十* KPREW已d:臥、1 ”PA址Cl.tlK丿二比f(wàn)cnsz-B ，1住41ILEGl dcb t5需ira qii/w寸EZD唄.-PEADCHHI.&rsfliAGzr 亠 tEaii3&3ZiFART*沁監(jiān)CAFEVENTDRVRW QjA-：MCC3Iz聖衛(wèi):7±3feasCkfT=e圖2-4-2 “步驟4”功能框圖21 / 16步驟5、有傳感器速度閉環(huán)IFOC系統(tǒng)此步驟用于測(cè)試速度調(diào)節(jié)器功能是否正確，完整電流、速度閉環(huán)控制能否可靠實(shí) 現(xiàn)。此步驟需要全部系統(tǒng)模塊參與，它的正確實(shí)施要依靠前面5個(gè)步驟地正確進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前要首先進(jìn)行電流反饋信號(hào)的整定。速度調(diào)節(jié)模塊從速度測(cè)量模塊獲取速度反饋 值，速度參考值由用戶給出，模塊的輸出作為轉(zhuǎn)矩參考送給電流調(diào)節(jié)器模塊。勵(lì)磁參考值由用戶設(shè)定。圖2-5-1給