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依据TMS320F28035的永磁同步电机矢量操控体系研讨

发布时间:2022-04-24 01:42:43 来源:kok体育竞猜

产品介绍

  )具有体积小、重量轻、结构多样、可靠性高级长处。在数控机床、工业机器人等自动化范畴得到了广泛的运用。数字化沟通伺服调速体系选用的是现在十分盛行的矢量操控算法,即电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。SVPWM的首要思维是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子抱负磁链圆为参阅规范,以三相逆变器不同开关方式作恰当的切换,然后构成脉宽调制(PWM)波,以所构成的实践磁链矢量来追寻其精确磁链圆。

  因为矢量操控算法对采集PMSM转子的电流、电压等参数的实时性要求很高,且核算量大,一般的微处理器很难到达要求。因而,文中选用TI公司C2000系列高压数字电机开发

  套件,运用其DSP芯片TMS320F28035高速数据处理才能,使得整个电机操控体系具有操控精度高,实时性强的特色。

  针对永磁同步电机高阶、多变量、非线性、强耦合的操控特色,怎么有用解耦然后完结直流电机般的转矩操控办法,一直以来都是首要的研讨热门。永磁同步电机的转子机械方位和磁通方位的一致性,决议了其完结矢量操控方面的优越性。矢量操控即磁场定向操控,运用坐标改换消除原坐标系下参数的耦合,完结对电机的电磁转矩和励磁磁场进行别离操控,然后完结相似直流电机的转矩操控。

  现在,PMSM的矢量操控战略首要能够分为:id=0操控、力矩电流比最大操控、总磁链安稳操控、直接转矩操控等。本体系选用id=0操控,该办法因为电枢反响没有直轴去磁重量,就不会产生去磁效应,也就不会出现因永磁电机退磁而导致电机功用变坏的现象,能确保电机的电枢电流和电磁转矩成正比,完结转矩的线性化操控。要完结id=0的解耦操控一般有两种实施方案:电流滞环操控和速度、电流的双闭环操控。本体系选用速度、电流的双闭环操控办法。

  由图1可知,有以下五部分组成:速度、电流PI调理器;坐标改换模块;空间电压矢量调制(SVPWM)模块;电压逆变模块;方位与速度检测模块。体系的详细操控进程为:通过正交编码器(QEP)对电机的方位和速度信号进行采样,并将速度信号与速度指令信号进行比较,经速度PI调理器的调理后输出指令信号;通过电流采样取得两相定子电流信号(第三相可通过别的两相核算得出),并经坐标改换得到电流信号;将电流信号别离与指令信号进行比较,经电流PI调理器调理后输出dq轴电压信号,再经Park逆改换输出轴电压信号;通过SVPWM模块输出六路PWM信号驱动逆变器,产生频率、幅值可变的三相正弦电流输入电机,完结电机的驱动。

  依据DSP28035的永磁同步电机矢量操控体系组成首要包含:埃斯顿EMJ系列永磁同步电机、PC上位机以及TI高压数字电机操控和功率因数校对(HVDMC+PFC)开发板。其间,TI公司C2000系列PiccoloTMS320F28035DSP为其间心操控芯片。体系的硬件整体结构框图如图2所示。

  如图2所示,体系以TI公司C2000 Piccolo系列TMS320F28035DSP为其间心操控芯片,首要包含两相整流模块、软起动滤波与电压丈量模块、IPM功率模块和电流丈量模块。外设包含JTAG仿真接口、SCI模块、QEP模块、ADC模块、通用I/O口和PWM模块。在程序运转的进程中,由JTAAG接口进行重载代码,在线仿真;与上位机进行通讯,运用SCI模块进行扩展;通过通用I/O口与键盘和液晶显示进行衔接。

  F28035芯片除了首要完结体系所需的操控算法,包含电压、电流采样的模/数转化、Clark改换、Park改换、PI调理器、产生必定的PWM信号去操控体系作业外,还要担任与上位机进行实时通讯及完结体系所需的其他各项操控功用。HVDMC+PFC开发板首要由DSP芯片、主板模块、沟通电源输入模块、直流电源输入模块、辅佐电源模块、独立联合测验举动小组(Joint Test Action GroupJTAG)仿真模块、两相交织功率因数校对模块和三相逆变器模块8部分组成。PFC和功率模块(IPM)是其间两个重要的组成。PFC的作用是将DSP输出的PWM脉冲扩大到足以驱动功率开关管,它能够改进功率开关管的开关特性,然后减小开关损耗,进步整个体系的功率及功率器材作业的可靠性。

  文中选用单个锁定性霍尔原件做转速和方位的检测。因为霍尔元件具有尺度小、质量轻、无触点、外围电路简略、频响宽、动态功用好、运用寿命长、调试便利等特色,用他能够做成各种传感器。广泛运用于位移丈量、倾角丈量、压力丈量、转速或转数等方面的丈量。因为锁定型霍尔元件是双极触发元件,所以一般锁定型霍尔元件的导通时刻等于截止时刻,脉冲波形是占空比为50%的方波,它具有杰出的安稳性和可靠性。在不考虑装置差错的情况下,锁定型霍尔元件的输出的上升沿和下降沿代表转子方位为0和,假设在相邻的上升沿与下降沿之间的转速坚持不变,能够通过检测相邻上升沿和下降沿之间的时刻差来核算转速。核算出角速度w今后,便能核算出每个时刻的转子方位值。

  在完结硬件体系规划后,进行其软件开发需求两个东西:一个TI供给的JTAG接口的仿真器;另一个是集成开发环境CCS(Code Composer Studio)。整个体系软件是由初始化

  主程序和中止子程序构成。主程序首要作业是初始化体系,把PWM处于SVPWM作业条件下,捕捉口CAP1和CAP2处于QEP作业状况下,设定速度等;中止程序首要完结读取方位信息、采集电流、完结矢量转化,并依据操控值产生相应的SVPWM波形。CCS作为智能化集成开发环境,能习惯多种场合、多处理器的DSP项目需求,具有以下首要特色:

  全数字化的永磁同步电机伺服体系最大的特色便是软件伺服,即改动操控功用首要通过改动软件规划来完结。软件伺服增强了操控体系的灵活性,较少了更改硬件产生的本钱危险,可是对体系软件规划提出更高的要求。在PMSM矢量操控体系中,软件规划要求在指定中止周期内,对被控电流、方位、转速信号进行采样、逻辑运算,完结操控算法,输出操控信号,并实时进行毛病处理。本体系的软件规划选用模块化规划结构,分为主程序和中止服务程序两部分,首要包含体系初始化模块、电流采样模块、坐标改换模块、操控算法模块、SVPWM产生模块、QEP核算模块、串行通讯模块等。

  如图3所示,体系初始化首要完结初始化操控体系(封闭看门狗和设定体系锁相倍频等)、PIE和外设等。封闭PWM是为了避免PWM1-6产生过错动作,定位子程序是为了取得转子关于光电编码器的相对方位。体系初始化程序是对DSP的微观体系进行初始化,进行存储空间、体系时钟、体系看门狗、体系中止的设置。

  中止服务程序是软件规划的中心部分,包含定时器下溢中止和CPU定时器中止。定时器下溢中止首要通过调用电流采样处理、方位和转速核算、小标改换、数字PID操控和SVPWM产生等功用子模块完结体系操控算法、数据采集;CPU定时器中止首要通过对采样值的处理和I/O状况的检测来完结体系的软件维护,并构成报警码送显。

  d、q轴电流在起动进程中,q轴电流阅历一个很小的超调量之后趋于安稳,安稳后q轴电流坚持一个安稳幅值,d轴电流通过一个时刻短的振动进程后趋于安稳,基本上等于给定电流且幅值简直坚持0值不变,然后阐明磁场定向精确,d、q轴电流彻底解耦。图4所示的为q轴给定电流与数据改换后q轴反应电流波形。从该图能够看出反应电流能很好地盯梢

  给定电流,在给定2 A电流时,反应电流最大超调只要300mA,并且很快安稳下来。

  从图5中得知,该电机的频率为5 Hz,速度为+1 500 r/min,反应速度能很快的盯梢,且基本上无超调。在给定一个阶跃后,体系大约通过0.035 s调理时刻趋于安稳,三相电流波形彻底平衡,并且有很好的正弦化趋势。通过大约0.035 s的上升及调理时刻,转速趋于安稳,反映了体系呼应的快速性,调理进程出现过阻尼衰减振动方式,调理进程完毕后,转速反应曲线与转速给定曲线重合,反映出很好的跟从性,可是调理进程有一个大约10%的超调量,在实践体系中,超调量会大大减小。

  本文PMSM操控体系选用TMS320F28035,充分运用DSP芯片速度快、运算才能强的优势,使体系具有较好的动态特性和稳态精度。试验结果表明,依据DSP所完结的矢量操控算法,在永磁同步电机驱动的运用上,电机的速度操控作用很抱负。