DSP中電機(jī)弱磁控制

1、希望電機(jī)可以具有較寬的調(diào)速范圍,從而實(shí)現(xiàn)高速或低速的不同控制需要。常規(guī)的變頻調(diào)速控制中，通過控制頻率和電壓協(xié)調(diào)變化，來驅(qū)動永磁同步電機(jī)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法控制簡在永磁同步電機(jī)為驅(qū)動的很多控制場景中，都單，但是會受到電機(jī)基頻的限制，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行在基頻以上時，由于磁路飽和及逆變器最大輸出電壓的限制，定子線電壓不在隨之變化，維持額定電壓，電機(jī)的磁通也由于磁路飽和而維持恒定，不在上升，此時，控制頻率的上升必然使得永磁同步電機(jī)的電壓方程不在成立.fdiddqiqLq定子電感的存在，使 d 軸與 q 軸相互耦合，且與轉(zhuǎn)速相關(guān)，在高速時，公式中劃線部分無法忽略，從而導(dǎo)致控制性能下降電流反饋控制是將

2、電流指令值和反饋電流值的靜差，通過電流調(diào)節(jié)器，得到直軸電壓和交軸電壓 Ud Uq,由圖 3- 1 可以看出，電流環(huán)、速度環(huán)及弱磁控制部分都需要 PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。本文用工程整定法對 PI 調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對設(shè)計(jì)出的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整由圖 3- 3 可以看出，控制系統(tǒng)兩個電流環(huán)的結(jié)構(gòu)是基本對稱的，因此設(shè)計(jì)過程中兩個電流環(huán)的 PI 調(diào)節(jié)器取相同的參數(shù)。將 id電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)使用傳遞函數(shù)表示為：SVPWM 整體的模塊搭建圖，如下：主電路采樣 AC-DC-AC 逆變方式，整流電路和濾波電路將交流電變?yōu)槠交闹绷麟姡疚慕Y(jié)合實(shí)際條件采樣的是單向不可控整流器和大電容濾波，這里對這

3、個部分就不作詳細(xì)的介紹。逆變部分，可以有兩種方案：方案一是使用單獨(dú)的 IGBT 開關(guān)管和續(xù)流二極,管來搭建三相逆變橋，搭建中需要考慮 IGBT 的驅(qū)動模塊、緩沖電路和保護(hù)電路等，這種方案成本不高，可以有效減小控制板的面積，但是搭建過程較復(fù)雜，考慮因素較多；二是選擇使用智能功率模塊（IPM），這種方案將逆變橋整體封裝在一起，并且可以提供的完善保護(hù)。本文使用方案二，選擇富士公6MBP20RH060 型 IPM。其電氣性能為：額定電流 20A，直流母線額定耐壓值 450V，直流母線最大耐壓值為 600V，浪涌電壓為500V，最大開關(guān)頻率為 20KHZ圖 5- 2 為 6MBP20RH060 的內(nèi)部結(jié)

4、構(gòu)圖，IPM 將六個帶續(xù)流二極管的 IGBT、芯片驅(qū)動電路、保護(hù)電路集成在一起，并在脈沖輸入端有穩(wěn)壓管鉗壓，防止輸入脈沖電壓過大。上橋臂的三個 IGBT，結(jié)構(gòu)相同，需要三路獨(dú)立電源供電，都包括電源輸入、驅(qū)動信號輸入、接地端；下橋臂將三個 IGBT 集成在一起，由一路電源供電。U、V、W 為三相交流電輸入（IPM 用著可控整流時）或輸出（逆變時）端子，P、N1、N2 為模塊的直流輸出（可控制整流時）或輸入（逆變時）端子。IPM 提供了過電流、欠壓、短路等很多完善的保護(hù)功能，ALM 是 IPM 的保護(hù)電路警報(bào)輸出端它還有以下特點(diǎn):控制電路的電源電路前面設(shè)計(jì)的控制電路的需要直流電源才能工作，本文電源

5、的設(shè)計(jì)思路是采用三端穩(wěn)壓元件來得到直流電源，即是使用單向變壓器對 220V 交流電壓降壓，全橋整流后得到直流電壓，最后使用三端穩(wěn)壓元件得到穩(wěn)定的直流電壓。采樣電路的運(yùn)算放大器和 IPM的供電電源都是需要正負(fù) 15V 直流電源，設(shè)計(jì)圖 5- 9 所示，且 IPM 供電電源要求相互隔離的 4 路 15V 電源，設(shè)計(jì)電路與圖 5- 9 類似5V 的仿真電路如圖 5- 11 所示，其直流電壓波形如圖 5- 12，其中通道 A 的波形是輸入三端穩(wěn)壓穩(wěn)壓芯片的電壓波形，通道 B 的波形是三端穩(wěn)壓芯片輸出的 5V 直流電壓波形。在調(diào)試中，濾波電容參數(shù)對輸出的波形有很大的影響。同樣 15V 的 DC 電壓波形

6、如圖 5- 13 所示仿真結(jié)果如圖 5- 15 所示：通道 A 是模擬正負(fù) 5V 的交流電壓，采樣的結(jié)果連接在放大器的輸出端，所以相位是相反的，通過對濾波和提升電路，將正負(fù) 5V 的雙極性電壓信號，轉(zhuǎn)化為 0 到 3V 的單極性電壓信號。這個仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的正確性，確定了電流采樣電路中的參數(shù)問題。信號處理電路中對霍爾信號和 PWM 脈沖信號電壓幅值的變換，參考前面的設(shè)計(jì)電路搭出模型如圖 5- 16 模擬了 PWM 脈沖信號的轉(zhuǎn)化過程，使用信號發(fā)生器模擬 DSP 處理器產(chǎn)生 3V 的脈沖信號，使用光耦對脈沖電壓的幅值進(jìn)行變換，最后得到大于 8V 的IPM 驅(qū)動脈沖信號。仿真電路驗(yàn)證了前面

7、電路設(shè)計(jì)的正確性DSP2812 及開發(fā)環(huán)境DSP2812 是 TI 公司的為電機(jī)控制產(chǎn)品的開發(fā)而推出的 DSP 芯片，具有非常強(qiáng)大的功能。下面對編寫程序需要用到的芯片部分做一個簡單的介紹：芯片的時鐘控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的“心臟”，它為系統(tǒng)提供時鐘脈沖，在使用 AD采樣、電機(jī)控制模塊（EVA）等外設(shè)前，應(yīng)先通過設(shè)置寄存器，給外設(shè)分配時鐘信號。DSP2812 是三級中斷機(jī)制，包括外設(shè)中斷、PIE 級中斷、CPU 級中斷。外設(shè)中斷一共是 96 個，包括了定時器、PWM 比較器中斷等所有外部設(shè)備的中斷。將外設(shè)中斷分成12 組，每組 8 個，構(gòu)成了 12 個 PIE 級中斷（PIE1 到 PIE12），最

8、后是 CPU 級中斷，每個中斷都由中斷使能位控制著中斷的“開關(guān)”，中斷標(biāo)志位表示著中斷的狀態(tài)主程序的流程圖如圖 5- 19 所示，時鐘初始化主要為事件管理器模塊 EVA，AD 采樣等外部設(shè)備設(shè)定時鐘頻率；GPIO 的初始化是為系統(tǒng)分配 PWM 脈沖輸出口和電流采樣，轉(zhuǎn)速采樣等輸入口。三級中斷的初始化方法如前面的例子所示。EVA 的初始化要設(shè)定 EVA 中定時器和比較器及捕獲端口的初始值，及 PWM 的產(chǎn)生方式等。初始化工作完成后就等待進(jìn)入中斷程序.PI 調(diào)節(jié)器及比例、積分調(diào)節(jié)器，其公式如下：本章在硬件方面，對采樣電路、驅(qū)動電路、電源電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并使用 Multisim 軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了仿真，確定了電路中的部分參數(shù)，簡化了電路的調(diào)試過程；軟件方面，介紹了使用 DSP2812 編程。本文對永磁同步電機(jī)弱磁控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和基于 Matlab/Simulink 的建模與仿真，并為搭建實(shí)驗(yàn)平臺給出了電路的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程圖。本文所做的工作主要包括如下幾個方面：(1) 分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，以方便對弱磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過文獻(xiàn)綜述，對弱磁控制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，包括了弱磁運(yùn)行的約束條件