全数字交流永磁同步电机伺服系统设计探讨

      主回路主要由整流、滤波电路及三菱公司的智能功率模块IPM（ PS212552E） 、开关电源、保护电路等组成。IPM模块将6 只IGBT封装在一起, 组成三相全桥逆变电路, 体积小, 重量轻, 内部有驱动电路,并设计过压、过流、过热及欠电流保护电路。DSP输出PWM信号经光电隔离输入到IPM 的输入端; 过流、过压、过热、过载、编码器反馈断线、通讯失败等故障信号也经隔离送到DSP。当出现故障信号,DSP立刻封锁PWM输出, 从而保证安全运行。主回路设计如图3所示。

4　系统软件设计

      TMS320LF2407型DSP支持C语言编程及混合编程, 具有JTAG接口。利用仿真器和TI公司CC2000仿真软件就能方便地对所编写的程序进行调试。为提高控制的实时性, 软件采用中断服务来实现AD 转换、QEP捕捉和PI调节。
         

图4

图5
      系统软件按下述方式工作: DSP 初始化, 包括GPIO、ADC、EV, 然后开核中断; 利用U、V、W信号确定转子磁极初始位置, 然后触发PWM信号, 使电机旋转; 得到Z信号后, 系统进入主循环。DSP每个PWM周期采样相电流, 进行电流调整; 电流环循环计数值与给定值相等时, 进行速度调整, 系统主程序如图4所示。主循环中进行上位机与DSP的通讯,如图5所示。

5　实物实验

      实验用电机参数如表1所列, 图6给出了空载情况下目标速度为200 r /min 时的速度阶跃响应特性,由图6可以看出其响应时间为10ms, 稳态误差小于1% 最大超调量小于5% , 因此该系统具有良好的动态性能; 图7记录了系统稳定性试验的过程, 在115 s时刻系统突加50%负载, 可以看到该系统很快恢复到稳定状态; 图8 显示的是系统跟随性能试验的结果,在系统零速状态下, 输入对应于额定转速的阶跃指令,可以看出系统响应速度快, 跟随性能优越; 在位置跟试验中, 通过输入不同频率（ 0 < F <500kHz） 的脉冲指令,通过观察该系统面板操作器上的位置偏移脉冲监视, 可以看到该系统的定位精度为±1 个脉冲。
图6　速度响应曲线
6　结论

      以永磁同步电机、DSP、CPLD、IPM和光电编码器构成的交流伺服系统具有硬件结构简单、可靠性高、控制精度高、动态响应快等优点。电流环采样频率可以达到10kHz以上, 可以提供足够的频带宽, 从而实现高精度、快速响应的伺服系统。实验证明,该矢量控制系统各项指标均满足工程设计要求, 具有良好的动态性能。

参考文献
【1】王健. 现代交流伺服系统技术和市场发展综述[ J ].伺服控制, 2007 （1）.
【2】郭庆鼎, 王成元. 交流伺服系统[M ]. 北京: 机械工业出版社, 1994.
【3】刘念洲, 刘晓林, 王坚强. 基于DSP的永磁同步电机控制系统设计[ J ]. 船电技术, 2004 （2）.
【4】刘和平, 严利平, 张学锋, 卓清锋. TMS320LF240XDSP结构、原理、应用[M ]. 北京: 北京航空航天出版社, 200213.

上一页  [1] [2] 

本文关键字：伺服  同步电机  电工文摘，电工技术 - 电工文摘