全數字永磁同步電機運動控制系統的設計
孫環陽，黃筱調，洪榮晶，裴亮
（南京工業大學機械與動力工程學院，南京210009）
摘要：設計了一種基于數字信號處理器( tms320lf2407a)和智能化功率模塊(pm20csj060)的全數字永磁同步電機運動控制系統，重點介紹了系統的硬件結構和軟件實現方法，并搭建實驗平臺，實驗表明該系統具有良好的動態響應和調速特性。
關鍵詞：永磁同步電機；運動控制；數字信號處理器；智能功率模塊
中圖分類號：tm341; tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0050-03
0引 言
近年來，永磁同步電機以其功率密度高、效率高、動態響應快、調速范圍寬、定位精確等優點，成為了高精度、微進給的****執行機構之一，在數控機床、工業機器人以及精密雷達等運動控制領域得到了廣泛的應用。由于對系統的高精度、高穩定性和高抗干擾性的要求越來越高，因此設計金數字的永磁同步電機運動控制系統具有十分重要的意義。
1 pmsm矢量控制原理
由于轉子磁鏈職恒定不變，故永磁同步電機運動拉制系統通常采用轉子位置定向的矢量控制方式，本文采用id=0的電流控制方法，此時電磁轉矩只與定子電流的交軸分量成正比，實現了對力矩的控制參數的解耦，大大簡化了控制過程。其控制原理如圖1所示，位置誤差信號經過位置調節器pi調節后，輸出轉子轉速給定信號wt，計算速度誤差信號，經速度調節器pi調節后，輸出直軸與交軸電壓指令信號ud和uq，經過park逆變換得到定子靜止兩相坐標系統中的電壓指令信號ud和up，利用電壓空間矢量調制技術( svpwm)獲得實際三相電壓svpwm信號，控制電壓源逆變器開關狀態，實時控制電機的轉矩。
2系統的硬件組成
根據矢量控制原理，設計系統的硬件結構如圖2所示。考慮到系統的抗干擾性，實現強弱電隔離，將系統硬件分為兩個部分：以dsp tms320lf2407a為核心的控制電路板（虛線內部分）和基于ipm的功率驅動電路板。
控制電路板由tms320lf2407a芯片、電源模塊、電流檢測模塊、編碼器信號脈沖整形電路、仿真接口、rs232通信接日、鍵盤與顯示器接口等組成。功率驅動電路板由單相不可控整流橋db35 -10、功率模塊pm20csj060、驅動和隔離電路、故障檢測寫保護電路等組成。
2.1信號檢測電路
由于系統采用的永磁同步電機為星型聯接，定子三相電流完全對稱(ia+ib+ic=o)，因此只需采樣兩相電流即可。這里選用可調電流霍爾傳感器la28 -np，選用1000：5的匝數比，傳感器輸出電流值為(0~+lo)ma。而tms320lf2407a的a/d轉換器可接受的采樣范圍是(o~3.3)v單極性信號，故需要將傳感器的輸出電流經過信號調理電路之后，送人adcino和adcin1轉換口進行采樣。
系統采用集電極開路輸出的1024線增量式編碼器檢測的麗路正交位置脈沖信號a和b-路零位脈沖信號z經光耦隔離和電阻分壓后，轉換為dsp可接受o和3.3 v信號，送入qep1、qep2和qep3接口。
2.2 ipm信號隔離及故障保護電路
由于ipm內部集成了icbt驅動電路，所以在使用時可將dsp輸出的pwm信號經光耦hcpia505芯片隔離后送入74ls244鎖存器后，再輸出給ipm的pwm信號輸入端，pwm信號隔離電路如圖3所示。
ipm中u、v、w三相的每個上橋臂都具有自己獨立的scc短路）、oc（過流）、uv（欠壓）和ot（過熱）四種自保護電路，而下三橋臂共用一個保護電路。以u相上橋臂為例，當u相任意一種短路、過流、欠壓、過熱保護電路動作時，ufo輸出一低電平。由此設計ipm故障保護如圖4所示，pm三相上橋臂的故障輸出信號ufo. vfo、wfo和下橋臂的故障輸出信號fo經低速光耦pc817后，經與門邏輯作用，只要其中有一個故障，就會在與門的輸出產生一個低電平，經低通濾波器，送人到基本rs觸發器的s端，使觸發器寄存此故障信號，此時 |
