永磁同步电机数字信号控制系统设计.docVIP

永磁同步电机数字控制系统设计方案 本论文提出了一种采用TMS320C24x控制永磁同步电机，这种DSP家族新的处理器使得设计无刷电机的智能控制器更加有效，将提高其操纵性，采用更少的元件，更低的系统消耗和提高了其性能。本文提出的控制方法依据矢量控制，这种算法保持很宽的速度响应，而且考虑了由于在旋转坐标系中直接控制磁通量产生的瞬时转矩变化。 在本论文中，采用了不同的高性能的算法。本方案采用了很多方法以不采用相电流传感器的和采用了一个滑模观察器而达到无速度传感器控制。 1 简介； 电机控制工业是一个非常富有竞争性的部门。因为每个厂家为了保持竞争力，他们则需要降低成本和电力损耗、减少电磁辐射等措施。这些限制因素迫切需要提高算法。DSP技术提高了高性能同时也减少了系统损耗。 TI公司提高了一种新的DSP，TMS320C240,专门用来为电机数字控制。该系统集成了16定点DSP内核处理器和外部设备在一个芯片上，成为新一代DSP处理器。 2 DSP在电机中的控制 2.1 电机控制趋势 传统的电机控制采用模拟元器件，这种方法易于实现和可以采用很便宜的元器件，但是将会有很多模拟系统带来的缺陷，时间和温度将使得元器件性能漂移而需要有规律的调节整定。模拟器件误差很多而且升级非常困难，设计是非常辛苦的。 数字系统提高了设计性能没有漂移，系统升级可以通过软件升级，元器件数量也减少了。 数字控制器提高了速度，高处理性能和无传感器算法而降低了系统成本。提高了更加精确的。采用1个周期的乘法和加法单元提高了dsp的运算速度。 定点dsp更利于电机控制有两个原因：第一，定点dsp比浮点dsp成本要低；第二，对于大部分电机来说16字节足够了。如果需要，也可以通过软件来改变浮点数的位数。 2.2 DSP控制器的好处 交流同步电机非常高的依赖其控制器，DSP控制器提高了算法的实时性，对无传感器控制也是而此。集成化也减少了元器件和优化了设计从而降低了成本。 DSP处理器将处理而下事务： 在所有速度范围内进行有效控制； 采用高水平的算法降低转矩纹动，降低振动和延长寿命。 通过提高算法从而减少噪声，减少滤波成本。 采用无传感器算法取消了速度和位置传感器。 减少了查表的表格从而减少存储器 实时性好。 控制逆变开关和很高的PWM输出。 提供单片控制系统。 对于更高级的控制，DSP控制器同样可以做到： 对于多变量系统和复杂系统可以采用智能控制方法，比如神经网络和模糊算法； 采用自适应算法，DSP的处理速度可以同时观察和控制系统，实时动态的自适应控制系统变量。 提供FFT频谱观察诊断功能，通过观察机械振动的频谱，可以在前期接到预测出错误的模式。 提供毛刺陷波滤波器以消除窄带机械谐波。陷波滤波器将消除可能使系统失稳和产生共振的的噪声。 2.3 大范围的应用 1 洗衣机，送风机，压缩机 2 加热，通风，空调 3 工业伺服（运动控制，自动刹车，起吊控制）； TMS320C24X家族 首先它更加适用于数字电机控制，C240同样支持通讯的开关电源，控制算法，数据通讯，系统观测功能。 TMS320C24x是一个单片处理系统，20MIPS定点DSP内核，集成有几个微处理器外设比如存储器，脉宽调制（PWM）发生器，A/D转换，提供数字运动和电机控制应用。 C24结构图 一个非常好的事件管理模块只占用很少的CPU开销产生输出和获得输入信号，4个输入和12个PWM输出，3个独立的定时器输出，每个定时器输出有6个支持异步和同步的不同模式，定时输出接近50ns，3对互补的PWM采用50ns到102us的可编程的空隙带宽，支持空间矢量调节控制三相电能逆变器转换。 本配置保护一个看门狗定时器，一个实时中断模块，看门狗监视软件和硬件操作，支持CPu和其他不同步外围设备通讯的三针SCI通讯，28个独立编程的I/O端口。 同步电机 电动机 图 电动机分类 在所有市场的电动机分为三类：带换向器的直流电机，交流同步电机，交流异步电机。在合适的控制下，这些电机产生转矩（非常小的转矩颤动）和采用直流或交流的正弦波激励。 本出研究的电机是交流电机，其速度直接由定子的频率和极对数决定。 永磁电机技术 对于大部分电机，同步电机有两个基本部分，不动的是定子，动的是转子，一般转子在定子里面。同步电机可以有不同的结构。让电机转动需要两个磁通量，一个是来自定子一个来自转子，只有这样其他电机的配置才有可能。 三相定子电机是最普遍的，主要两种方法产生旋转磁通量，缠绕的线圈的转子从定子产生磁场和直接采用永磁材料自身产生固定的磁通量。 采用缠绕线圈的转子产生变化的磁场需要一个电刷，电刷寿命有限，这种电机受到