[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于DSP的交流伺服電壓控制系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110272291.6
• 申請(qǐng)日: 2011-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103001556A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢(qián)國(guó)東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 無(wú)錫市幅瑞自動(dòng)化科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/08
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/08;H02P21/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種交流伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)處理控制電路技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

以模擬信號(hào)為工作信號(hào)的控制電路，模擬信號(hào)指所有在時(shí)間和數(shù)值上都連續(xù)的信號(hào)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路中的控制信號(hào)、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(gè)模擬控制電路，其中速度負(fù)反饋與一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)作為外環(huán)，稱(chēng)速度環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱(chēng)為速度調(diào)節(jié)器，用ST表示。電流負(fù)反饋與另一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)置于速度環(huán)以?xún)?nèi)，稱(chēng)電流環(huán)，該調(diào)節(jié)器稱(chēng)為電流調(diào)節(jié)器，用LT表示。為了獲得良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用比例積分(PI)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(wèn)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(kāi)銷(xiāo)，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(shì)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(cè)、速度估測(cè)、換向控制，速度給定與速度估測(cè)通過(guò)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(guò)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(shì)的永磁同步電機(jī)輸入端連接，正弦反電勢(shì)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(cè)、速度估測(cè)的輸入端連接，位置估測(cè)通過(guò)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(kāi)銷(xiāo)，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(hào)為前提，在永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子定向磁場(chǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)下，對(duì)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(cè)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)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(gè)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。?

附圖說(shuō)明

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(duì)發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行說(shuō)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(shì)的永磁同步電機(jī)(PMSM)、位置傳感器，還包括位置估測(cè)、速度估測(cè)、換向控制，速度給定與速度估測(cè)通過(guò)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(guò)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(shì)的永磁同步電機(jī)輸入端連接，正弦反電勢(shì)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(cè)、速度估測(cè)的輸入端連接，位置估測(cè)通過(guò)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(chǎng)定向SPWM驅(qū)動(dòng)與速度閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。給定速度與估測(cè)的反饋速度相比較，并通過(guò)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(cè)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)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(gè)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(hào)可將電機(jī)的一個(gè)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(duì)數(shù))。對(duì)三相正弦交流信號(hào)一個(gè)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(hào)產(chǎn)生的空間矢量是一個(gè)每周期IV個(gè)狀態(tài)跳變的旋轉(zhuǎn)矢量。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)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(hào)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(dòng)，電壓空間矢量與電機(jī)轉(zhuǎn)子都是保持同步的。?

除了對(duì)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(gè)統(tǒng)一的系數(shù)，還可以對(duì)輸出的三相電壓幅值進(jìn)行調(diào)制，亦即是對(duì)電壓空間矢量或者定子磁場(chǎng)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。?