交流永磁同步電機(jī)的全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)介紹
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/159955.htm
摘要:根據(jù)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制原理,通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究,開發(fā)出一套基于DSP控制的伺服系統(tǒng),并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證該系統(tǒng)的可行性。
關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);矢量控制;數(shù)字信號(hào)處理器
0 引言
目前,交流伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床,機(jī)器人等領(lǐng)域,在這些要求高精度,高動(dòng)態(tài)性能以及小體積的場合,應(yīng)用交流永磁同步電機(jī)(PMSM)的伺服系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。PMSM本身不需要?jiǎng)?lì)磁電流,在逆變器供電的情況下,不需要阻尼繞組,效率和功率因數(shù)都比較高,而且體積較同容量的異步電機(jī)小。近幾年來,隨著微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的交流伺服系統(tǒng)采用了數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和智能功率模塊(IPM),從而實(shí)現(xiàn)了從模擬控制到數(shù)字控制的轉(zhuǎn)變。促使交流伺服系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。本文介紹了一種永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,它采用F240DSP作為控制芯片,同時(shí)采用定子磁場定向原理(FOC)進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,性能可靠,并已成功地應(yīng)用于實(shí)際的伺服控制系統(tǒng)中。
1 PMSM數(shù)學(xué)模型
永磁電機(jī)可分為兩種:一種輸入電流為方波,也稱為無刷直流電機(jī)(BLDCM);另一種輸入電流為正弦波,也稱為永磁同步電機(jī)(PMSM)。本文針對(duì)后者的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為建立永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸(dq軸)數(shù)學(xué)模型,作如下假定:
1)忽略電機(jī)鐵心的飽和;
2)不計(jì)電機(jī)的渦流和磁滯損耗;
3)轉(zhuǎn)子沒有阻尼繞組。
在上述假定下,以轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)(軸)表示的電機(jī)電壓方程如下:
定子電壓方程
ud=Rsid+pψd-ωeψq(1)
uq=Rsiq+pψq+ωeψd(2)
定子磁鏈方程
ψd=Ldid+ψf(3)
ψq=Lqiq(4)
電磁轉(zhuǎn)矩方程
Tem=Pn[ψfiq+(Ld-Lq)idiq](5)
電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程
J=Tem-TL(6)
式中:ud,uq為d,q軸電壓;
id,iq為d,q軸電流;Ld,Lq為定子電感在d,q軸下的等效電感;
Rs為定子電阻;
ωe為轉(zhuǎn)子電角速度;
ψf為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場鏈過定子繞組的磁鏈;
p為微分算子;
Pn為電機(jī)極對(duì)數(shù);
ωm為轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速;
J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;
TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
2 矢量控制策略
上述方程是通過a,b,c坐標(biāo)系統(tǒng)到d,q轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系統(tǒng)的變換得到的。這里取轉(zhuǎn)子軸為d軸,q軸順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90°電角度。其坐標(biāo)變換如下。
2.1 克拉克(CLARKE)變換
=(7)
評(píng)論