基于DSP和FPGA的三相異步電機(jī)矢量伺服系統(tǒng)

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及交流伺服控制理論的發(fā)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)已經(jīng)具有可與直流伺服驅(qū)動(dòng)相比擬的性能，并且交流伺服傳動(dòng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于印刷、數(shù)控機(jī)床、食品包裝、紡織、塑料、電子半導(dǎo)體等行業(yè)[1]。交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)一般又分為交流永磁同步電機(jī)和鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)，在小功率范圍交流永磁同步伺服系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢但是在大功率伺服系統(tǒng)中，鼠籠式異步電機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格低廉、應(yīng)用范圍廣、過流能力大的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[3]。筆者研制了一套基于ASIPM、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）和專用的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)，本文介紹了系統(tǒng)控制原理、硬件和軟件的設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。

1系統(tǒng)控制原理

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制通常按照定子磁鏈Ψs、轉(zhuǎn)子磁鏈Ψr和氣隙磁鏈Ψm來定向[6]；根據(jù)磁鏈位置檢測方式的不同，矢量控制可分為直接矢量控制和間接矢量控制。該系統(tǒng)采用定向于轉(zhuǎn)子磁鏈Ψr利用轉(zhuǎn)差關(guān)系來估計(jì)磁鏈相對(duì)于轉(zhuǎn)子的位置的間接矢量控制，通過采用坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流的解耦；采用可在任何速度范圍內(nèi)使用的基于電流模型估計(jì)，即利用速度信號(hào)和電流信號(hào)估計(jì)轉(zhuǎn)子磁鏈分量和[2]。
系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

以DSP為核心的伺服系統(tǒng)硬件如圖3，整個(gè)系統(tǒng)的控制電路的核心由DSP+FPGA組成。