基于TMS320F2812_永磁同步电机交流调速系统实验参考.doc

基于TMS320F2812 永磁同步电机交流调速系统实验 1.引言 数字信号处理器（DSP）可以用于语言处理、图象处理、高速控制、数字通讯、振动和噪声信号处理、声纳和雷达信号处理、仪器仪表、机器人等多个领域。由于它能把数字信号处理的一些理论和算法实时实现，并迅速地推广到应用方面，因此得到了学术界和工程界的高度重视，被认为是实现数字化革命的催化剂。 交流永磁同步电动机（PMSM）具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少、转矩质量比高、功率因数高、效率高、易于散热、易于保养等显著特点，因而应用范围极为广泛，尤其是在要求高精度控制和高可靠性的场合，如航空航天、数控机床、机器人控制等方面。 随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电动机己逐步成为交流伺服系统的主流。同时随着微电子技术和功率电子技术的飞速发展，数字信号处理器(DSP)，智能功率模块(IPM)出现等，促使交流伺服控制系统向全数字化、智能化、小型化、高速、高精度方向发展。本文对全数字交流永磁同步伺服驱动器进行了研究与开发。 首先永磁同步电动机的数学模型在电压空间矢量技术以及永磁同步电机矢量控制原理系统的核心器件TMS320F2812功率变换装置智能功率模块IPM构建了全数字伺服系统的硬件平台。然后设计了基于TMS320F2812的软件，给出了主程序流程图和中断服务子程序流程图，结合CCS集成开发环境，对整个控制系统进行了软件调试并且做了相关实验，得到了SVPWM的输出波形以及相电流波形，经实验证明该数字控制系统具有良好的控制性能。. 永磁同步电机原理 2.1永磁同步电机数学模型 永磁同步电动机和绕线式同步电动机，它们在定子结构上都是由铁心和电枢绕组构成。它们的区别在于，前者的转子采用永磁体励磁，而后者由转子上的励磁线圈产生励磁。所以，永磁同步电动机(PMSM)具有结构简单、功率耗损低的优点。永磁同步电动机根据永磁体在转子上的安装位置不同，可分为：表贴式永磁同步电动机、嵌入式永磁同步电动机、内置式永磁同步电动机三种，如图2-1中a、b、c 所示；根据主磁场方向的不同，分为磁场式和轴向磁场式；按照反电势波形的不同，永磁同步电机分为：正弦波永磁同步电机（PMSM）、矩形波永磁同步电动机（BLDCM）(简称无刷直流电动机)。本文中的永磁同步电动机都是指表贴式正弦波永磁同步电动机。 a 表贴式 b 嵌入式 c 内置式 图2-1 永磁同步电机转子结构 永磁同步电机(PMSM)数学模型的基本方程包括电压方程、磁链方程、电磁转矩方程以及运动方程。电机是利用定子的三相交流电流和永磁转子的磁场互相作用所产生的电磁转矩来带动电机转子转动的。一般在定子上放置三相对称绕组，转子上安装永磁体代替电励磁。在图中定义逆时针旋转的方向为转速的正方向，其中Ψf为永磁体磁链，它的方向与磁极磁场轴线相同，is为定子电流矢量。 为了便于简化分析，对永磁同步电动机作以下参数假设： (1)认为永磁同步电动机的铁心不饱和； (2)感应电动势波形为正弦波，忽略高次谐波； (3)磁路是线性的，忽略电机中的涡流和磁滞损耗； (4)转子上无阻尼绕组，永磁体无阻尼作用； (5)各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度； (6)不考虑温度对电机的影响。 永磁同步电机的d-q坐标系下的等效模型如图1-2所示，d-q坐标系随定子磁场同步旋转，永磁体磁链Ψf 固定在d轴的方向上，q轴与d轴成90度，q轴逆时针超前d轴。 图2-2 永磁同步电机d-q坐标系下的等效模型 在上述假定下，PMSM在d-q坐标系下的电机方程如下： 定子磁链方程： （2-1） Ψf是转子磁钢在定子绕组上的耦合磁链；Ld 、Lq是d-q坐标系上的等效电枢电感分量；id 、iq是d-q坐标系上的电枢电流分量。 定子电压方程： （2-2） p是微分算子；rs是电枢绕组电阻；ω是转速；Ψd、Ψq是d-q坐标系上的磁链；ud、uq是定子在d、q轴上的电压。 将式（2-1）代入式（2-2）得： （2-3） 输出电磁转矩方程：