專利名稱：基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種控制裝置，特別是一種基于電流滯環(huán)的電永磁同步機(jī)調(diào)速控制裝置。
背景技術(shù)：
由于控制簡單，長期以來在要求較高的場合，直流電機(jī)一直占主導(dǎo)地位。但是它存在一些固有的缺點(diǎn)，例如電刷、換向器易損耗，需要經(jīng)常維護(hù)，換向器會產(chǎn)生火花，限制了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和過載能力，且無法直接應(yīng)用在易燃易爆的工作場合。而交流電機(jī)特別是感應(yīng)電機(jī)則沒有上述缺點(diǎn)和限制，轉(zhuǎn)子慣量較小，動態(tài)響應(yīng)更好。一般而言，同樣體積的交流電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)高。此外，交流電機(jī)容量可以制造得更大，達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速和電壓。因此，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開發(fā)。尤其是20世紀(jì)70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流電機(jī)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。交流電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)較簡單，其控制卻比較復(fù)雜。交流異步電機(jī)價格便宜，運(yùn)行可靠，但不能經(jīng)濟(jì)地在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，且需要吸收滯后的勵磁電流，功率因數(shù)和效率都較低。由于永磁同步電機(jī)(permanentMagnet Synchronous Maehines, PMSM)具有體積小、重量輕，功率密度高、效率和功率因數(shù)高(功率因數(shù)等于I或者接近I等明顯的特點(diǎn)，在70年代末和80年代初引起了從事電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)研究的學(xué)者和研究人員的廣泛關(guān)之主，此后永磁同步電機(jī)得到迅速發(fā)展。目前，永磁同步電機(jī)已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。美國GE等公司批量制造出用于計算機(jī)外存儲器的音圈電機(jī)及永磁汽車起動電機(jī)；德國西門子公司經(jīng)過十多年的努力，采用多種結(jié)構(gòu)，研制成功用于化纖工業(yè)的高速永磁電機(jī)和用于交流調(diào)速的IUA3系列永磁同步電機(jī)。另外，混凝土攪拌機(jī)、輪船推進(jìn)機(jī)、冰箱空調(diào)中的制冷機(jī)、計算機(jī)硬盤驅(qū)動器電機(jī)、豪華轎車用起動電機(jī)、機(jī)器人控制等越來越多地采用永磁同步電機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種實現(xiàn)永磁同步電機(jī)調(diào)速的電流滯環(huán)控制裝置，該控制裝置能夠根據(jù)給定的速度指令對永磁同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案:一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，其特征在于:包括數(shù)字信號處理器、仿真器和功率驅(qū)動模塊；其中:所述的數(shù)字信號處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊；功率驅(qū)動模塊上有逆變器驅(qū)動模塊、電源整流模塊、定子電流檢測模塊和永磁同步電機(jī)，其中，電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動模塊的直流電壓；逆變器驅(qū)動模塊分別與永磁同步電機(jī)(PMSM)和定子電流檢測模塊相連接；數(shù)字信號處理器通過仿真接口連接仿真器，數(shù)字信號處理器和功率驅(qū)動模塊的連接方式為:數(shù)字信號處理器通過產(chǎn)生PWM的事件管理器(EVA)與功率驅(qū)動模塊上的逆變器驅(qū)動模塊相連接；數(shù)字信號處理器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動模塊上的定子電流檢測模塊相連接;數(shù)字信號處理器通過脈沖捕捉模塊的輸入端與永磁同步電機(jī)相連接。本實用新型的其他特點(diǎn)是，所述的數(shù)字信號處理器采用TMS320F2407型DSP。本實用新型的基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，控制器采用電流滯環(huán)，性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)，能使永磁同步電機(jī)快速、準(zhǔn)確響應(yīng)轉(zhuǎn)速指令。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是電流滯環(huán)控制原理圖；圖3是本實用新型軟件算法流程以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型給出一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，包括數(shù)字信號處理器(DSP)、仿真器和功率驅(qū)動模塊；其中:所述的數(shù)字信號處理器(DSP)上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、產(chǎn)生PWM波的事件管理器(EVA)和脈沖捕捉模塊；功率驅(qū)動模塊上有逆變器驅(qū)動模塊、電源整流模塊、定子電流檢測模塊和永磁同步電機(jī)(PMSM)，其中，電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動模塊的直流電壓；逆變器驅(qū)動模塊分別與永磁同步電機(jī)(PMSM)和定子電流檢測模塊相連接；數(shù)字信號處理器(DSP)通過仿真接口連接仿真器，數(shù)字信號處理器和功率驅(qū)動模塊的連接方式為:數(shù)字信號處理器(DSP)通過產(chǎn)生PWM波的事件管理器(EVA)與功率驅(qū)動模塊上的逆變器驅(qū)動模塊相連接；數(shù)字信號處理器(DSP)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動模塊上的定子電流檢測模塊相連接；數(shù)字信號處理器通過脈沖捕捉輸入模塊的輸入端與永磁同步電機(jī)相連接。本實施例中，數(shù)字信號處理器(DSP)選擇TMS320F2407型DSP。在TMS320F2407型DSP上采用CCS3.3作為程序軟件編譯器，對永磁同步電機(jī)(PMSM)進(jìn)行調(diào)試，DSP根據(jù)跟定子電流檢測模塊測得的轉(zhuǎn)速，發(fā)出控制指令，通過產(chǎn)生PWM波的事件管理器來控制逆變器驅(qū)動模塊的開通與關(guān)斷來控制永磁同步電機(jī)(PMSM)運(yùn)行。TMS320F2407型DSP是控制核心，它負(fù)責(zé)接收定子電流檢測模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器等信息，并對這些信息進(jìn)行處理，指令產(chǎn)生PWM波的事件管理器產(chǎn)生合適的控制量(PWM信號)來對逆變器驅(qū)動進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)速的獲取由定子電流檢測模塊上的光電編碼器和TMS320F2407型DSP上的脈沖捕獲模塊組成，其功能是獲取當(dāng)前永磁同步電機(jī)(PNSM)的轉(zhuǎn)速信息，為TMS320F2407型DSP的調(diào)速控制提供參考量進(jìn)一步分析處理；電流的獲取由定子電流檢測模塊上的霍爾傳感器和TMS320F2407的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成，得到永磁同步電機(jī)(PMSM)的三相電流對TMS320F2407型DSP的電流滯環(huán)控制提供參考量。下面說明該控基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速制裝置控制過程:電流滯環(huán)控制參見圖2，電流滯環(huán)控制的做法是給定在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Id、Iq (Id相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；Ι,相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，通過坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換成三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、I。，轉(zhuǎn)換得到的這三相電流為給定電流，通過對比給定電流和霍爾傳感器測得的實際定子三相電流來決定逆變器驅(qū)動模塊的導(dǎo)通與關(guān)斷。以A相為例，設(shè)滯環(huán)寬度為h，當(dāng)輸出電流ia比給定電流ia*大時，且誤差大于0.5h時，產(chǎn)生PWM波的事件管理器通過內(nèi)置的滯環(huán)比較器輸出負(fù)電平，逆變器驅(qū)動模塊上的橋臂開關(guān)器件VT1關(guān)斷，下橋臂開關(guān)器件VT2導(dǎo)通，使實際電流減??；當(dāng)減小到與給定電流相等時，滯環(huán)比較器仍保持負(fù)電平輸出，實際電流繼續(xù)減小，直到誤差大于0.5h時，滯環(huán)控制器翻轉(zhuǎn)，輸出正電平信號，上橋臂開關(guān)器件VT1導(dǎo)通，下橋臂開關(guān)器件VT2關(guān)斷，使實際電流增大，一直增大到帶寬的上限。以上過程重復(fù)進(jìn)行，這樣交替工作，實際電流與給定電流的偏差保持在±0.5h之間，并在給定電流上下作鋸齒狀變化，達(dá)到跟蹤電流的目的。軟件控制部分參見圖3，上電開始后，首先要進(jìn)行初始化，主要包括TMS320F2407型DSP內(nèi)的各個功能模塊的初始化，然后初始化PIE寄存器和PIE向量表，開中斷。在定時器中斷服務(wù)子程序中，光電編碼器對永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣，得到速度信息，通過PI控制得到給定的電流信號，同時TMS320F2407型DSP對永磁同步電機(jī)的電流進(jìn)行采樣，通過滯環(huán)比較得到所需的控制信號。TMS320F2407型DSP根據(jù)這些信息對永磁同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。
權(quán)利要求1.一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，其特征在于:包括數(shù)字信號處理器、仿真器和功率驅(qū)動模塊；其中: 所述的數(shù)字信號處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊； 所述的功率驅(qū)動模塊上有逆變器驅(qū)動模塊、電源整流模塊、定子電流檢測模塊和永磁同步電機(jī)，其中，電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動模塊的直流電壓；逆變器驅(qū)動模塊分別與永磁同步電機(jī)和定子電流檢測模塊相連接； 數(shù)字信號處理器通過仿真接口連接仿真器，數(shù)字信號處理器和功率驅(qū)動模塊的連接方式為: 數(shù)字信號處理器通過產(chǎn)生PWM的事件管理器與功率驅(qū)動模塊上的逆變器驅(qū)動模塊相連接； 數(shù)字信號處理器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動模塊上的定子電流檢測模塊相連接； 數(shù)字信號處理器通過脈沖捕捉模塊的端與永磁同步電機(jī)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，其特征在于，所述的數(shù)字信號處理器采用TMS320F2407型DSP。
專利摘要本實用新型公開了一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，包括數(shù)字信號處理器、仿真器和功率驅(qū)動模塊，數(shù)字信號處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊；功率驅(qū)動模塊上有逆變器驅(qū)動模塊、電源整流模塊、定子電流檢測模塊和永磁同步電機(jī)，該裝置性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)，能使永磁同步電機(jī)快速、準(zhǔn)確響應(yīng)轉(zhuǎn)速指令。
文檔編號H02P6/06GK202997989SQ20122060529
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者徐淑芬, 徐國海, 吳德軍 申請人:長安大學(xué)