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DSP 在PMSM 矢量控制中的应用 作 者：广东工业大学 许 宁 [专家点评] 永磁同步电机(pmsm)是近年来发展较快的一种电机，由于其转子采用永磁钢，属于无刷 电机的一种，具有结构简单，体积小，寿命长，可靠性高，输出转矩大，功率因数高等优点， 得到了越来越广泛的应用和重视。转子磁场定向的矢量控制方式是针对此类电机使用较为广 泛的一种控制方式，通过矢量控制改善转矩控制性能，从而极大地提高了系统的控制精度和 可靠性，使永磁同步电机的伺服驱动性能赶上甚至超过了直流电动机。ti公司 tms320lf2407 系列数字信号处理器(dsp)就是专为高速控制应用设计的，它集 dsp 的高速运算能力和面向 电机的高效控制能力于一体，堪称业界最具竞争力的数字电机控制器。 pmsm 的数学模型及矢量控制原理 沿用理想电机模型的一系列假设,经过一系列推导可以得到pmsm在d-q坐标系下的数学 模型： 定子绕组电压方程： 定子绕组磁链方程： 电磁转矩方程： 电机转子的机械运动方程： 式中：r 为定子电枢相电阻；ld、lq 为定子绕组的 d,q 轴电感；ud、uq 为定子绕组 d,q 轴电压；id、iq 为定子绕组 d,q 轴电流；ψd、ψq 为d，q轴的磁链；ψr 为转子永磁体产 生的磁链；p为转子极对数；ω为转子电角速度；tem 为电磁转矩；tl 为负载转矩；j为转 子转动惯量；b 为阻尼系数。 矢量控制实际上是对电动机定子电压或电流矢量的相位和幅值同时进行控制。当永磁体的励 磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量，也就是控制 id、iq 即可控制电动机的转矩。 pmsm 的矢量控制一般通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值来控制定子电流或电 压,这样，电机的转矩便只和磁通、电流有关，与直流电机的控制方法相似，可以得到很高 的控制性能。对于永磁同步电机，转子磁通位置与转子机械位置相同，这样通过检测转子的 实际位置就可以得知电机转子的磁通位置，从而控制电机。为了实现转矩线性化控制，就必 须对转矩的控制参数实现解耦。转子磁场定向控制（foc）是一种常用的解耦控制方法。磁 场定向矢量控制如图 1所示，其中 d、q 轴随电角速度旋转，α-β为定子静止坐标系，轴与 定子绕组 a相轴重合，两坐标夹角为θ。 在传统的永磁同步电机的控制中，最常用的方法是在转子轴上安装传感器得到精确的转 子位置和速度信号。由于 dsp 的快速发展大大推动了这一控制方式的应用。 图 1 磁场定向矢量控制图 tms320lf2407a dsp tms320lf2407a dsp属于 ti 公司tms320c2000系列定点 dsp 中的c24xx产品系列，是 专为电动机控制(dmc)而设计的，它们兼有 dsp的高运算速度和单片机的强控制能力。 特点 由于采用了高性能的静态 cmos制造技术，因此该 dsp具有低功耗和高速度的特点。单 指令周期最短为 25ns(40mhz)，最高运算速度可达 40mips，四级指令执行流水线。 可与 tms320c24x 系列 dsp 的代码兼容。 片内集成了 32k 字的 flash 程序存储器、2k 字的单口ram、544 字的双口 ram。 两个专用于电动机控制的事件管理器（ev），每一个都包含：2个 16 位通用定时器；8 个