永磁同步電動(dòng)機(jī)反饋線性化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
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3．1 輔助電源設(shè)計(jì)
輔助電源是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基本保障，在系統(tǒng)中，通過變壓器和三端穩(wěn)壓集成電路，得到5 V，20 V，-15 V，15 V。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其中，5 V再通過芯片TPS767D318轉(zhuǎn)換成3．3 V和1．8 V供給DSP，同時(shí)供給譯碼保護(hù)電路；20 V為三相逆變橋中6個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)電源，3路為IGBT上橋臂驅(qū)動(dòng)電源并相互隔離，1路為IGBT下橋臂公共驅(qū)動(dòng)電源：-15 V和15 V主要提供給A／D調(diào)理電路中運(yùn)算放大器、傳感器及故障信號(hào)處理電路的比較器使用。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/159382.htm
該平臺(tái)采用TPS767D318型雙端輸出電源管理芯片來實(shí)現(xiàn)5 V向3．3 V，1．8 V電壓轉(zhuǎn)換。
3．2 邏輯保護(hù)譯碼設(shè)計(jì)
系統(tǒng)中D／A輸出的譯碼信號(hào)、PWM死區(qū)保護(hù)和故障保護(hù)信號(hào)等通過一塊CPLD ISPM4A5-128／64實(shí)現(xiàn)。ISPM4A5借助于Lanice的ispLEVER軟件開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)功能和時(shí)序仿真并生成可執(zhí)行文件。其供電電壓為5 V，輸出為3．3 V，與DSP連接無需電平轉(zhuǎn)換電路。輸入信號(hào)為：IGBT功率管開關(guān)控制PWM信號(hào)、過流保護(hù)信號(hào)、過壓保護(hù)信號(hào)、譯碼地址信號(hào)、故障復(fù)位信號(hào)、電源復(fù)位信號(hào)。輸出信號(hào)為：D／A通道選擇譯碼輸出，74F245使能信號(hào)、DSP功率保護(hù)信號(hào)、故障指示信號(hào)等。其中，晶體振蕩器頻率為10 MHz。
3．3 采樣電路
系統(tǒng)中霍爾電壓、電流傳感器采集到的信號(hào)，通過電壓跟隨器后輸出uin送至A／D調(diào)理電路。由于DSP的A／D輸入端僅能接收0～3 V信號(hào)，所以由傳感器輸出的交流信號(hào)還要經(jīng)過電平抬升電路，A／D調(diào)理電路如圖4所示。uin來自霍爾傳感器電壓跟隨器的輸出，取參考電平uref=1．5 V，通過采用運(yùn)算放大器IM324構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路，uo送給DSP的A／D輸入端。輸入與輸出的關(guān)系為：
R5與C4構(gòu)成低通濾波器，用于消除高頻開關(guān)信號(hào)干擾。二極管1N4148實(shí)現(xiàn)箝位保護(hù)功能，防止由于電壓過高而燒壞DSP。
3．4 驅(qū)動(dòng)電路
采用HCPL3120光電耦合和穩(wěn)壓二極管等器件構(gòu)成IGBT驅(qū)動(dòng)電路，如圖5所示。利用光耦實(shí)現(xiàn)PWM弱信號(hào)與IGBT功率電路電氣隔離，以保證DSP控制系統(tǒng)的安全性。
在IGBT門極與發(fā)射極之間加15 V電壓，使IGBT導(dǎo)通，加-5 V電壓時(shí)IGBT關(guān)斷。當(dāng)PWM為低電平時(shí)，光耦初級(jí)導(dǎo)通，次級(jí)輸出電壓uo=20 V，通過R3=8．2 Ω加在IGBT門極，而參考電壓為5 V，這樣IGBT門極與發(fā)射極問的電壓為15 V，IGBT導(dǎo)通。當(dāng)PWM為高電平時(shí)，光耦初級(jí)截止，IGBT門極與發(fā)射極之間的電壓為-5 V，IGBT關(guān)斷。發(fā)光二極管VD1用于指示IGBT開關(guān)情況。
3．5 光電編碼器信號(hào)檢測電路
所使用的控制策略中需電機(jī)轉(zhuǎn)速信息。采用增量式光電編碼器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，系統(tǒng)采用TLP550光耦來實(shí)現(xiàn)光電編碼器與DSP之間的連接。
4 實(shí)驗(yàn)研究
采用TYB150-4-100型PMSM參數(shù)為：額定電壓190 V，額定電流6．2 A，額定轉(zhuǎn)速1 500 r·min-1，額定功率1．5 kW，額定頻率50 Hz，極對數(shù)2，直軸電感12．765 mH，交軸電感7．695 mH，定子電阻1．2 Ω，轉(zhuǎn)子磁鏈感應(yīng)到定子側(cè)0．42 Wb。
為驗(yàn)證該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，編制了PMSM DTC反饋線性化算法軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，定子磁鏈給定為0．42 Wb，轉(zhuǎn)矩限幅為9 N·m，DSP控制周期為100μs。轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為0．01，積分系數(shù)為0．005，k1=k2=4 000。
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速680 r·min-1，空載時(shí)波形見圖6a。可知：①實(shí)際轉(zhuǎn)矩跟蹤給定轉(zhuǎn)矩：②α軸定子磁鏈為正弦波，幅值為0．42 Wb；負(fù)載穩(wěn)態(tài)波形見圖6b ?？芍孩賹?shí)際轉(zhuǎn)矩跟蹤給定轉(zhuǎn)矩均值為2．6 N·m；②α軸定子磁鏈為正弦波，幅值為0．42 Wb。由實(shí)驗(yàn)波形可知，硬件系統(tǒng)運(yùn)行可靠。
5 結(jié)論
以TMS320F2812型DSP為核心，設(shè)計(jì)了一套直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同步電機(jī)反饋線性化控制系統(tǒng)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作可靠，響應(yīng)速度快，其硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將為直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同步電機(jī)反饋線性化系統(tǒng)控制策略的深入研究奠定良好基礎(chǔ)。
評(píng)論