基于TMS320LF2407A地PMSM矢量控制电流环地设计心得.docVIP

基于TMS320LF2407A的PMSM矢量控制电流环的设计心得 三相永磁同步电动机的转矩方程为 （4-1） 上式说明了转矩由两项组成，括号中的第一项是由三相旋转磁场和永磁磁场相互作用所产生的电磁转矩；第二项是由凸极效应引起的磁阻转矩。 对于嵌入式转子，LdLq，电磁转矩和磁阻转矩同时存在。可以灵活有效地利用磁阻转矩，通过调整和控制β角，用最小的电流幅值来获得最大的输出转矩。对于凸极转子，Ld=Lq因此只存在电磁转矩，而不存在磁阻转矩，转矩方程变为 （4-2） 由式中可以看出，当三相合成的电流矢量is与d轴的夹角β等于90°时可以获得最大转矩，也就是说is与q轴重合时转矩最大。这时，式4-2可以改写为 因为是永磁转子ψf是一个不变的值，所以式4-2说明了只要保持is与d轴垂直，就可以像直流电动机控制那样，通过调整直流量iq来控制转矩，从而实现三相永磁同步伺服电动机的控制参数的解耦，实现三相永磁同步伺服电动机转矩的线性化控制。 下面分别根据交、直流跟踪控制法的系统结构图，介绍PMSM矢量控制的具体工作过 程： ⑴. 交流跟踪控制法 图1交流跟踪控制法(DC法)系统结构图 永磁同步电机矢量控制交流跟踪控制法(AC 法)系统结构图如图1示系统同样采用速度和电流闭环控制，速度环为外环，电流环为内环。由速度环的速度调节器输出综合电流大小的给定is（这里is 的相位与q轴相同）由于电磁转矩Te正比于is，is也相当于转矩给定。采用可连续检测电机转子位置信号的光电编码器，测得励磁磁极轴线（d轴）与A相绕组轴线（a轴）之间的夹角θ（转子位置角），即可得is与a轴的夹角λ=θ+90°，根据λ角的大小，把is分解成三相绕组电流的（这三个相电流给定是电流的瞬时值给定）。可得 （5-9） 用λ角去实现is到ia*、ib*、ic*的转换过程，其实质是实现了对is方向的控制。（方框框住的运算部分实际上实现了把电流从d- q轴坐标系到a- b-c坐标系的变换）。三相电流给定ia*、ib*、ic*与实际反馈值ia、ib、ic的差值经过电流调节器Gi（S）运算得到给定电压信号Ua、Ub、Uc送入电压源型逆变器，使逆变输出的三相电流ia、ib、ic完全跟踪ia*、ib*、ic*也就最终实现了对is大小及方向控制的目的。事实上交流跟踪控制法也是id=0的控制因为5-9 公式就是在id=is*cosβ=0（当三相合成的电流矢量is与与d轴的夹角β等于90°时）的条件下推出的。而且本人在分别做过交流和直流跟踪控制后,将直流跟踪控制的电流Clarke、Park变换进行实际公式推导后，发现与5-9这个公式基本是一样的（只差一个常数）。 本人刚开始做的时候不明白的太多，对SVPWM、坐标变换原理没搞太明白。相对而言交流控制则非常通俗，好理解，基于a-b-c坐标系，结构简单，运算量少，易于实现电流开环系统。加上有接触过别的电机SPWM控制，所以就选择先做这个了。 这个方案开始时只速度环，没加电流开环时的具体做法是，将速度环PI输出值经过运算后不进行调节，直接输入至比较单元。即将速度环输出值作为is 根据5-9公式算得给定ia*、ib*、ic*输入至CMPR比较单元。（注意公式5-9 中负号的实现，用dsp的朋友可以通过设置ACTRA寄存器实现） 下面说说交流闭环跟踪控制具体做法和会出现的问题： 实际交流跟踪控制的调制方法可以说用的是SPWM，即ia*、ib*、ic*与实际反馈值ia、ib、ic的差值输入控制器中并输出给定电压信号即开关器件导通时间，（这个开关信号已经包括三相正弦相位信号也即包含角度信息）由此输出SPWM去控制开关器件的开关。 电流调节器一般可采用滞环、P 或PI 调节器。当采用P调节器时，AC 法和DC 法的控制效果完全相同；当采用PI 调节时，DC 法性能好，在这里的交流控制器就只选用P控制而不用PI控制了，因为而AC 法等效交直轴电流分量会在控制器内产生耦合作用，电流控制特性发生变化，使电流解耦特性也发生变化，在电机高速时电流幅值和相位误差会增加。实际简单、通俗一点说就是如果假设控制器使用的是单纯的一个积分环节控制时，基于这里控制的是交流量，是带相位信息的电流，经过单纯积分后就会产生90度的相位滞后。 所以如果最后使用的是PI控制时，用示波器看的话给定电压与反馈电流相位也能看出会有接近90度偏差，（不是精确90度是因为不是单纯的积分环节，多了个比例环节）。所以实际做出这个PI控制后会发现空载电流会很大。原因是给定电压与反馈电流相位的不对称就会导致电机运行无功部分增大，而有功部分--输出机械能不变，进而会使定子电流增大。但是只用P控制又发现系统性能不好，而且高速时还是会有相移。至于为什么转速较高时，其电流环输出电流ABC与给定电流还是