永磁同步電機伺服系統設計

劉勇求 嚴其艷

摘 要：本文對永磁同步電機進行建模與測試，使其在矢量仿真技術上能夠有合理的調控空間。在仿真結果測量符合要求的情況下，通過軟硬件和調試技術，使控制方案更符合實際的需要。系統的控制電路為TMS320F2812，驅動保護電路選用IR2136，軟件部分利用matlab中的RTW自動生成永磁同步電機伺服系統代碼，使之應用于DSP芯片中，實驗證明，其代碼的有效性與算法的合理性能夠達到合理的控制標準。通過對上述模擬集成電路進行分析，并了解到相關的操作。

關鍵詞：永磁同步電機；仿真；PMSM；伺服控制

1 伺服系統的硬件設計

1.1 系統電路的設計

在系統電流的設計上，主要需要采用單相整流橋。單相整流橋的使用主要是通過對交流成分的濾除，使得脈動的電流能夠在合理整流的情況下，對實際的電力壓進行控制與處理。為了使交流成分盡可能被濾除掉，應該添加低通濾波電路，以使電流在通過元件的時候能夠被整流成穩定的電流結構。而在整流器中輸出的電壓是脈動的，在逆變部分產生的脈動電流同與之相關的負載電流也能使直流電壓產生脈動的效果。因此在整流電路中，需要添加低通濾波電路，這樣做的效果是能夠有效地把脈動電流轉換成穩定的電流。

1.2 驅動電路的設計

硬件電路的設計通過驅動保護電路使得整流濾波變為三相交流電，進而帶動同步電機轉動。通過接受DSP輸出的信號PWM，來使得整個電路能夠實現最大化的電路供應。在濾波電容充電的過程中，對直流母線的電流進行合理的控制。就能夠有效地驅動同步電機并使的電機轉動，這可以有效地穩定線路，達到對線路的保護。在這方面，其起到的作用還遠遠不只是對電路的電流進行整流的效果。同時也能夠與霍爾電流傳感器傳出的兩項電流信號一起，對DSP的信號起到一定的傳輸與保護的有效作用。

1.3 角度檢測電路的設計

角度檢測其主要的工作原理是通過一定的角度轉換性，對電流進行合理的控制與轉換，使得角度檢測其發出的電流信號能夠有效地對相應的電路模塊提供適當的參考激磁信號。由于角度檢測是本系統中模擬型號最多的線路，所以在模擬與設計上都需要仔細考慮。同樣可參考的模塊有很多，對幅向調節電路模塊的旋轉變壓器設計，可以很好地改善相位不正交、幅值不相等的情形。在調節過程與線路模擬過程中，對旋轉變壓器的使用能夠對兩路信號有合理的期望，并能夠滿足到相關的要求。

2 伺服系統的軟件設計

2.1 主程序的設計與調試

主程序主要的作用是完成系統設計存儲器的初始化，并通過執行紅外線遙控的命令，使得啟動能夠發生并控制整個程序。其具體的設計過程是在開始系統產生開始信號之前，對中斷的標志進行配置，使得紅外線指令發出后，能夠合理地接收數據，使得啟動程序與關閉程序的指令能夠得到合理的操作。初始化程序之中，囊括了更多的指令，包括事件管理器初始化、A/D模塊初始化、定時器初始化與給定參數轉換等。這主要是為了完成系統三閉環控制以及輸出PWM脈沖來完成的。同時能夠有效地使得SVPWM脈沖信號得以輸出，以驅動電機。

2.2 CCS2.2的設計與調試

CCS2.2是指的一個軟件開發環境，其主要的作用是支持DSP領域的PC機而構建的一個軟件開發環境。通過CCS2.2開發的項目工程，能夠有效地生成子文件并合理的應用與設計。通過CCS2.2的設計，能夠完成對整個PMSM伺服系統的主流程設計，其中對如下3個部分有重要的作用，通過對時鐘單元寄存器與片內外設置系統結構的合理設置與初始化，可以合理的控制CPU時鐘、高低速外設置時鐘的工作方式。這里的意義在于能夠對系統產生的命令與操作進項相關的處理，并用以完善目前存在的技巧。此外，作用于變量初始化的定時器，能夠對程序全局變量的改變與控制，與對CPU定時器與相關定時器的設置。

3 永磁同步電機中的伺服系統

3.1 PMSM伺服系統測試

在PMSM生成信號測試的過程中，在中斷生成方面，由于整個PMSM伺服系統從啟動到進入穩定的狀態，因此在主程序的設計與調用方面，企業能夠做到對伺服系統的控制與把握，使得整個伺服系統的生成能夠有合理的控制。并以可調控的范圍使得生成系統得到最好的把握技巧。

3.2 信號PWN生成測試

對信號PWM進行合理的測試發現，對信號PWM進行模擬測試，能夠有效地使得單片機生成PWM波形，并讓數字示波器觀測占空比變化、死區及相位差的測試能夠被合理的操作與使用。可以發現，在CURSOR關閉的情況下，其相關的信原有差異，同時這類信號檢測的步驟也可以使相關的信號能夠改變的地方。在同類型的信號的使用過程中，PWM的生成測試能夠較為明顯的顯示器生成的信號能夠得到完善，同時其生成信號的空間也能夠得到測試。如圖1所示，為PWM波形測試圖。

圖1 PWM波形測試圖

4 結束語

本文對系統的硬件設置、軟件設計進行了較為深入的解析。對軟件部分，在于對主程序與子程序的操作進行簡要講解。對永磁同步電機的設計與使用，采用合理的控制軟件與設計系統，在軟件方面的考慮與硬件的設計，都應該在后續工作上對工作予以完善。

參考文獻

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（作者單位：廣東科技學院）