專利名稱：一種基于dsp的交流伺服電壓控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，尤其涉及一種基于DSP的永磁伺服電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)，屬于數(shù)字信號處理控制電路技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以模擬信號為工作信號的控制電路，模擬信號指所有在時(shí)間和數(shù)值上都連續(xù)的信 號。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路中的控制信號、調(diào)節(jié)器輸出的各物理量都是時(shí)間的連續(xù) 函數(shù)，它們構(gòu)成一個模擬控制電路，其中速度負(fù)反饋與一個調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)作為外環(huán)，稱 速度環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱為速度調(diào)節(jié)器，用ST表示。電流負(fù)反饋與另一個調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)置 于速度環(huán)以內(nèi)，稱電流環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱為電流調(diào)節(jié)器，用LT表示。為了獲得良好的靜態(tài)與動 態(tài)性能，兩個調(diào)節(jié)器都采用比例積分(PD調(diào)節(jié)器。以電流調(diào)節(jié)器為例，在運(yùn)算放大器反饋 回路中串入電阻R2和電容C2，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器。如選擇R21 = R22 = 22千歐，則其輸 出電壓為式中T2 = R2C2S為復(fù)頻率。上式表明，比例積分調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uk由比例運(yùn) 算和積分運(yùn)算兩部分組成。比例部分迅速反映調(diào)節(jié)作用，積分部分最終消除靜態(tài)偏差。模 擬式伺服分散性大、零漂移、可靠性低，且具有控制接口少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、窄調(diào)幅比。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于DSP的永磁伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不需要 電流環(huán)、減小了硬件開銷，同時(shí)也降低了軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目 的，采用如下技術(shù)方案一種基于DSP的交流伺服電壓控制系統(tǒng)，包括控制單元、PWM、功率 變換、正弦反電勢的永磁同步電機(jī)、位置傳感器，控制單元包括PI調(diào)節(jié)、占空比調(diào)節(jié)、位置 估測、速度估測、換向控制，速度給定與速度估測通過反饋環(huán)與PI調(diào)節(jié)的輸入端連接，PI調(diào) 節(jié)的輸出端與占空比調(diào)節(jié)的輸入端連接，占空比調(diào)節(jié)通過PWM與功率變換的輸入端連接， 功率變換的輸出端與正弦反電勢的永磁同步電機(jī)輸入端連接，正弦反電勢的永磁同步電 機(jī)輸出端與位置傳感器的輸入端連接，位置傳感器的輸出端分別與位置估測、速度估測的 輸入端連接，位置估測通過換向控制連接到占空比調(diào)節(jié)的輸入端。
本發(fā)明的有益效果是本伺服系統(tǒng)不需要電流環(huán)、減小了硬件開銷，同時(shí)也降低了 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性；它是以高精度的轉(zhuǎn)子位置信號為前提，在永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子定 向磁場坐標(biāo)系統(tǒng)下，對定子三相電壓波形進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制(SPWM)，以實(shí)現(xiàn)精確速度控制 目的的一種自同步控制策略；換流控制環(huán)節(jié)根據(jù)估測的轉(zhuǎn)子位置信號輸出相應(yīng)的換向系 數(shù)，以改變定子電壓空間矢量的方向=PWM波的占空比則根據(jù)這兩個系數(shù)的積進(jìn)行調(diào)整，從 而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)壓調(diào)速的目的。


圖1永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制框圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行說明圖1中，為一種基于DSP的交 流伺服電壓控制系統(tǒng)，包括PI調(diào)節(jié)、占空比調(diào)節(jié)、PWM、功率變換、正弦反電勢的永磁同步電 機(jī)(PMSM)、位置傳感器，還包括位置估測、速度估測、換向控制，速度給定與速度估測通過反 饋環(huán)與PI調(diào)節(jié)的輸入端連接，PI調(diào)節(jié)的輸出端與占空比調(diào)節(jié)的輸入端連接，占空比調(diào)節(jié)通 過PWM與功率變換的輸入端連接，功率變換的輸出端與正弦反電勢的永磁同步電機(jī)輸入端 連接，正弦反電勢的永磁同步電機(jī)輸出端與位置傳感器的輸入端連接，位置傳感器的輸出 端分別與位置估測、速度估測的輸入端連接，位置估測通過換向控制連接到占空比調(diào)節(jié)的 輸入端。。該控制系統(tǒng)的最終控制目標(biāo)是電機(jī)轉(zhuǎn)速，主要控制手段為磁場定向SPWM驅(qū)動與 速度閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。給定速度與估測的反饋速度相比較，并通過PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)輸出相應(yīng)的相 電壓幅值系數(shù)，以調(diào)節(jié)定子電壓空間矢量的大小；與此同時(shí)，換流控制環(huán)節(jié)根據(jù)估測的轉(zhuǎn)子 位置信號輸出相應(yīng)的換向系數(shù)，以改變定子電壓空空間矢量的方向PWM波的占空比則根 據(jù)這兩個系數(shù)的積進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的目的。
本控制策略中，設(shè)控制系統(tǒng)的位置反饋信號可將電機(jī)的一個電周期細(xì)分為IV等 分，即轉(zhuǎn)子的空間位置判斷可精確到1/pN轉(zhuǎn)(P為電機(jī)的極對數(shù))。對三相正弦交流信號一 個周期進(jìn)行IV等分規(guī)則采樣，可得到3路載波周期相同、脈沖寬度呈正弦規(guī)律變化的SPWM 波形。這3路信號產(chǎn)生的空間矢量是一個每周期IV個狀態(tài)跳變的旋轉(zhuǎn)矢量。當(dāng)系統(tǒng)檢測到 轉(zhuǎn)子所處的位置，并由此判斷出相應(yīng)電壓空間矢量的相位時(shí)，加在三相繞組上的將是與該 相位對應(yīng)的、不同占空比的三相SPWM波形。而每當(dāng)轉(zhuǎn)子位置變化一格(即1/pN轉(zhuǎn))，SPWM 的相序也將同方向變化一格，電壓空間矢量也就因此發(fā)生跳變。因?yàn)镾PWM的采樣相位角的 等分點(diǎn)是根據(jù)位置信號的刻度決定的，因此不管是相序變化還是空間位置的運(yùn)動，電壓空 間矢量與電機(jī)轉(zhuǎn)子都是保持同步的。
除了對電壓空間矢量的相位控制以外，如果將SPWM所有相角度下的占空比乘上 一個統(tǒng)一的系數(shù)，還可以對輸出的三相電壓幅值進(jìn)行調(diào)制，亦即是對電壓空間矢量或者定 子磁場矢量的大小進(jìn)行調(diào)制。結(jié)合速度閉環(huán)PI調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。
權(quán)利要求
1. 一種基于DSP的交流伺服電壓控制系統(tǒng)，包括控制單元、PWM、功率變換、正弦反電勢的永磁同步電機(jī)、位置傳感器，其特征在于，控制單元包括PI調(diào)節(jié)、占空比調(diào)節(jié)、位置估測、速度估測、換向控制，速度給定與速度估測通過反饋環(huán)與PI調(diào)節(jié)的輸入端連接，PI調(diào)節(jié)的輸出端與占空比調(diào)節(jié)的輸入端連接，占空比調(diào)節(jié)通過PWM與功率變換的輸入端連接，功率變換的輸出端與正弦反電勢的永磁同步電機(jī)輸入端連接，正弦反電勢的永磁同步電機(jī)輸出端與位置傳感器的輸入端連接，位置傳感器的輸出端分別與位置估測、速度估測的輸入端連接，位置估測通過換向控制連接到占空比調(diào)節(jié)的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于DSP的交流伺服電壓控制系統(tǒng)，包括PI調(diào)節(jié)、占空比調(diào)節(jié)、PWM、功率變換、PMSM、位置傳感器等控制單元，給定的速度通過對電壓調(diào)節(jié)的控制單元后對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速和位置控制，然后反饋到控制單元進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是，換流控制環(huán)節(jié)根據(jù)估測的轉(zhuǎn)子位置信號輸出相應(yīng)的換向系數(shù)，以改變定子電壓空間矢量的方向PWM波的占空比則根據(jù)這兩個系數(shù)的積進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)壓調(diào)速的目的。
文檔編號H02P21/14GK103001556SQ20111027229
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者錢國東 申請人:無錫市幅瑞自動化科技有限公司