永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制

1、. . . . 永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制1 緒論1.1 電氣伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)向自從上個(gè)世紀(jì)60年代，電氣伺服系統(tǒng)取代了大部分的電液伺服傳動(dòng)系統(tǒng)成為伺服系統(tǒng)的主要形式。按驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)類(lèi)型來(lái)分,通常分為直流(DC)伺服系統(tǒng)和交流 (AC)伺服系統(tǒng)。直流伺服系統(tǒng)發(fā)展早,70年代已經(jīng)實(shí)用化,在各類(lèi)機(jī)電一體化產(chǎn)品量使用各種結(jié)構(gòu)的DC伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單,靈活實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),調(diào)速?lài)鷮?穩(wěn)定性高,響應(yīng)速度快，無(wú)超調(diào),定位精度和跟蹤精度高。但是直流伺服系統(tǒng)也有難以克服的缺點(diǎn);直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱大，影響與其相連接的絲杠精度;采用機(jī)械換向會(huì)產(chǎn)生電火花,直流伺服系統(tǒng)難以工作在易燃、易爆的工

2、作場(chǎng)合;高速運(yùn)行和大容量設(shè)計(jì)受到機(jī)械換相器的限制;電刷和換向器易磨損,日常維護(hù)工作量大;結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難,成本高等。機(jī)械換向器的存在是造成以上問(wèn)題的主要原因。 交流電機(jī)沒(méi)有機(jī)械換向器，克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后,功率電子器件和微電子技術(shù)水平得到迅速提高,基于先進(jìn)控制理論、電力電子器件和微處理器的發(fā)展,交流伺服控制技術(shù)日趨成熟。交流伺服系統(tǒng)以其體積小,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小,耐高速,可頻繁起制動(dòng),過(guò)載能力強(qiáng),瞬時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大,對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),運(yùn)行可靠性高，無(wú)需維護(hù)等特點(diǎn)而廣泛適用于CNC和工業(yè)機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域。到了90年代,交流伺服系統(tǒng)己經(jīng)在許多場(chǎng)合取代了直流伺服系統(tǒng)，某些性能甚至超過(guò)了

3、直流伺服系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了取代直流伺服系統(tǒng)成為電氣伺服系統(tǒng)主體的趨勢(shì)。目前國(guó)外交流伺服系統(tǒng)研究正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化的方向發(fā)展：高性能和全數(shù)字化伺服系統(tǒng)是當(dāng)代交流伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，這種系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、特種加工裝備和精細(xì)進(jìn)給系統(tǒng)中。由于微電子技術(shù)的發(fā)展,微處理器的運(yùn)算速度不斷提高,功能不斷增強(qiáng)，特別在電機(jī)控制專(zhuān)用DSP芯片出現(xiàn)后，全數(shù)字伺服系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電流控制、速度控制和位置控制全部數(shù)字化的同時(shí),極大的增強(qiáng)了伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用的靈活性。 伺服系統(tǒng)智能化一方面體現(xiàn)在系統(tǒng)具有很強(qiáng)的狀態(tài)自診斷、故障保護(hù)和信息顯示功能；另一方面,在控制策略上除常規(guī)PID控制外,開(kāi)始轉(zhuǎn)

4、向應(yīng)用現(xiàn)代控制理論和智能控制,各種高性能的智能控制器可實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)參數(shù)自檢測(cè)和控制器參數(shù)在線自整定功能等。智能功率模塊(IPM)被廣泛采用,逆變器實(shí)現(xiàn)高頻化、小型化和無(wú)噪音。伺服系統(tǒng)具有完善的通訊功能,在獨(dú)立完成伺服控制同時(shí)保持與上位機(jī)的聯(lián)系,實(shí)時(shí)接收控制指令和報(bào)告系統(tǒng)當(dāng)前工作狀況。伺服系統(tǒng)通訊功能的實(shí)現(xiàn)和提高進(jìn)一步完善了高級(jí)別、分布式的工業(yè)控制、管理網(wǎng)絡(luò)的功能。光電編碼器等傳感器的分辨率大幅度提高,可靠性進(jìn)一步改善,并向多功能一體化的方向發(fā)展。1.2 交流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)與特點(diǎn)交流電動(dòng)機(jī)主要有感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單,價(jià)格低，維護(hù)工作量低,容易實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子散

5、熱困難，轉(zhuǎn)子電阻受溫度影響變化大，影響矢量控制性能。在交流伺服系統(tǒng)發(fā)展初期,異步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)得到較快的發(fā)展,主要應(yīng)用于機(jī)床的主軸傳動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步而著稱(chēng),極對(duì)數(shù)保持不變,只要電源頻率保持恒定,同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就保持不變,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩加到同步電動(dòng)機(jī)軸上時(shí),在極短時(shí)間建立起相應(yīng)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,以維持電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)從控制方式上可分為他控式變頻和自控式變頻調(diào)速方式。其中，他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)存在失步、振蕩等問(wèn)題,在實(shí)際中很少用?，F(xiàn)階段同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運(yùn)行。自控式變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)按所用的變頻器、電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型與目前的發(fā)展趨勢(shì)可分為三大

6、類(lèi):一類(lèi)是大功率的交一交變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng);二是交一直一交電流型負(fù)載換一樣步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng);另一類(lèi)是交一直一交電壓型同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，多用于小容量的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制。隨著永磁材料性能的大幅度提高和價(jià)格的降低,各種交流永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)成為交流伺服系統(tǒng)的主流。交流永磁同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的波形形狀可分為正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)和梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)后者,又稱(chēng)為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) (BLDCM)。正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)是由永久磁鐵產(chǎn)生勵(lì)磁,無(wú)電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁損耗和轉(zhuǎn)子發(fā)熱問(wèn)題;同異步電動(dòng)機(jī)相比,也沒(méi)有因?yàn)榛疃鸬膿p耗,從而很提高了效率和功率因數(shù)。由于其體積小、重量輕,控

7、制系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單,能夠達(dá)到快速、準(zhǔn)確的控制要求,永磁同步電動(dòng)機(jī)在中小容量的伺服電動(dòng)機(jī)中占據(jù)了重要的地位,被廣泛地應(yīng)用于小功率、要求良好的靜態(tài)性能和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)中,如柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人、辦公自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。 2 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的方案比較2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，效率高，功率因數(shù)高。此外，永磁同步電動(dòng)機(jī)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：永磁同步電動(dòng)機(jī)無(wú)需電流勵(lì)磁，不設(shè)電刷和滑環(huán)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高。正由于上述結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使得永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁損耗，無(wú)電刷和滑環(huán)之間的摩擦損耗和接觸電損耗。因此，永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率比電磁式同步

8、電動(dòng)機(jī)要高，并且其功率因數(shù)可以設(shè)計(jì)在1.0附近。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣，結(jié)構(gòu)靈活而且不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)往往帶來(lái)自身性能上的特點(diǎn)，因而永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要選擇不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式。永磁同步電動(dòng)機(jī)在一定功率圍，可以比電磁式同步電動(dòng)機(jī)具有更小的體積和重量。永磁同步電動(dòng)機(jī)按工作主磁場(chǎng)方向的不同分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式;按電樞繞組位置的不同可分為轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式;按供電頻率控制方式的不同，可分為自控式和它控式;按反電勢(shì)波形的不同，可分為正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，本文中的永磁同步電動(dòng)機(jī)都是指正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī))和矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī))。2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的

9、數(shù)學(xué)模型永磁同步電動(dòng)機(jī)是利用定子的三相交流電流和永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)互相作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)定子電流的頻率固定時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也是固定的，并且與該頻率成正比: （2-1）其中n是同步轉(zhuǎn)速，f是定子電流頻率，Pm是永磁同步電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。改變電機(jī)轉(zhuǎn)速需要變化定子電流頻率，也就是要采用變頻器對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)供電。同時(shí)為了防止失步，必須保證電機(jī)轉(zhuǎn)子的角頻率與定子電源頻率同步。根據(jù)交流電機(jī)矢量控制原理，為了找出電機(jī)的控制規(guī)律，建立易于實(shí)現(xiàn)控制的數(shù)學(xué)模型，需要建立一個(gè)與永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系，讓d軸與轉(zhuǎn)子磁極重合，把永磁同步電動(dòng)機(jī)定子的各參量都轉(zhuǎn)化到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下。假

10、設(shè)電機(jī)是線性的，電機(jī)參數(shù)不隨溫度等外界條件變化而變化，忽略磁滯、渦流損耗，并認(rèn)為轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組，那么基于d-q坐標(biāo)系下的永磁同步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈方程為: （2-2）式中，為轉(zhuǎn)子磁鋼在定子上的耦合磁鏈，分別為永磁同步電動(dòng)機(jī)的直、交軸主電感;， , 分別為定子電流矢量的直(d)軸、交(q)軸分量。在d-q坐標(biāo)系下，定子電壓方程為： （2-3）式中為轉(zhuǎn)子角頻率，P為微分算子。由式(2-2)和式(2-3)可得 （2-4）根據(jù)上述方程可得永磁同步電動(dòng)機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的穩(wěn)態(tài)矢量圖如圖d軸q軸d 圖（2-1）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的穩(wěn)態(tài)矢量圖電動(dòng)機(jī)定子電流在d軸和q軸上的分量可表示為： （2-5）式中，為定子電流幅

11、值，為電流矢量超q軸的角度。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方程為: （2-6） 從上式可知，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩取決于定子電流d軸、q軸分量。在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的大小恒定不變，故采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向方式來(lái)控制永磁同步電動(dòng)機(jī)。2.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)電流控制策略 永磁同步電動(dòng)機(jī)的電流控制方法主要有:=0控制，cos=1控制，恒磁鏈控制，力矩電流比最大控制等。各種控制方法有其各自的特點(diǎn)，適用于不同的運(yùn)行場(chǎng)合. 在=0控制策略原理下各矢量之間的關(guān)系如圖2-2所示。定子電流矢量的直軸分量為0，由式 (2-6)得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為: (2-7)當(dāng)忽略電樞電阻時(shí)，功率因數(shù): (2-8)圖2-2中。實(shí)際上代

12、表空載時(shí)電動(dòng)機(jī)的端電壓，則代表系統(tǒng)帶載運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓。設(shè)兩者之比為K,，且有=，則 (2-9)d軸q軸 圖2-2在控制策略下永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量圖 令，稱(chēng)為去磁分量，在本控制方法下應(yīng)使=0 (2-10)逆變器的容量可以用 來(lái)表示 (2-11)此處有 (2-12)由上式可以看出，采用控制方式，無(wú)去磁效應(yīng)，輸出力矩與定子電流成正比。其主要的缺點(diǎn)是隨著輸出力矩的增大，端電壓比較大而功率因數(shù)急劇降低，從而對(duì)逆變器容量的要求增高。另外，該方法未能充分利用電機(jī)的力矩輸出能力，在輸出轉(zhuǎn)矩中磁阻反應(yīng)轉(zhuǎn)矩為0.控制方法的核心思想是使電機(jī)的功率因數(shù)恒為1，充分利用逆變器平的容假定=，保持必須按來(lái)徑制和的關(guān)系.該

13、方法控制相對(duì)復(fù)雜，并且最大輸出力矩小。恒磁鏈控制方法與控制方法比較，可以獲得較高的功率因數(shù)，并且在輸出一樣轉(zhuǎn)矩情況下，需要的逆變器容量比方式小，但去磁分量大。 力矩電流比最大控制是在電機(jī)輸出給定力矩條件下，控制定子電流為最小的電流控制方法。力矩電流比最大控制使電機(jī)輸出力矩滿(mǎn)足的條件情況下定子電流最小，減小了電機(jī)損耗，有利于逆變器開(kāi)關(guān)器件工作，同時(shí)降低了成本。在該方法的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)娜醮趴刂品椒?，可以改善電機(jī)高速時(shí)的性能。此方法的不足在于功率因數(shù)隨著輸出力矩的增大下降較快。 綜合來(lái)看，按照轉(zhuǎn)子磁鏈定向并按方法進(jìn)行控制的PMSM調(diào)速系統(tǒng)定子電流與轉(zhuǎn)子磁通解藕，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，可以獲得

14、很寬的調(diào)速?lài)?，適用于有高性能要求工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。但當(dāng)負(fù)載加大時(shí)，定子電流增大，由于電樞反應(yīng)的影響，造成氣隙磁鏈和定子反電動(dòng)勢(shì)都加大，迫使定子電壓升高。為了保證足夠的電源電壓，電控裝置必須有足夠的容量，有效利用率降低;同時(shí)，定子電壓矢量和電流矢量的夾角也會(huì)增加，由于電樞反應(yīng)電抗壓降大，造成功率因數(shù)降低。因此控制方法適用于中小容量的系統(tǒng)。2.4 控制策略下伺服系統(tǒng)工作原理 由上面的分析可知，采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，當(dāng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩和電流幅值成正比，因此速度調(diào)節(jié)器的輸出實(shí)際為定子電流幅值的給定值。此給定值與轉(zhuǎn)子磁極位置角度的正弦值相乘得到三相正弦電流的瞬時(shí)給定值。它們?cè)谟来磐诫妱?dòng)機(jī)中生成的合成電流矢量與轉(zhuǎn)

15、子d軸垂直且超前。 三相電流瞬時(shí)給定值確定后，經(jīng)過(guò)變頻器輸出三相對(duì)稱(chēng)交流電到永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組中，產(chǎn)生與電流幅值成正比的電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)工作于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。變頻環(huán)節(jié)可采用電壓源型SPWM變頻器，也可采用電流滯環(huán)跟蹤控制型的PWM變頻器。不同于上述的兩種方法，本文系統(tǒng)采用了電壓空間矢量的控制策略 (SVPWM)。 制動(dòng)可以采用再生發(fā)電制動(dòng)。正向電動(dòng)運(yùn)行時(shí)速度調(diào)節(jié)器的給定為 “十”，輸出為“-”。正向制動(dòng)后，速度調(diào)節(jié)器輸出為 “十”，使三相給定電流反向，即電流合成矢量由原來(lái)的超前d軸90度變?yōu)闇?0度，轉(zhuǎn)矩方向反向成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。 當(dāng)把速度調(diào)節(jié)器的給定變?yōu)椤?”，那么

16、其輸出即為“十”，三相電流產(chǎn)生的合成矢量在反轉(zhuǎn)方向上超前d軸90度，電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生反向電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 如果需要基速以上的弱磁調(diào)速，最簡(jiǎn)單的方法是利用電樞反應(yīng)削弱永久勵(lì)磁，也就是控制定子電流的直軸量，使其起到去磁作用。但由于稀土永磁材料的磁導(dǎo)率與空氣接近，磁阻很大，相當(dāng)于定轉(zhuǎn)子間有很大的有效氣隙。利用電樞反應(yīng)弱磁的方法需要較大的定子電流直軸分量，作為短期運(yùn)行，這種方法可以接受，但長(zhǎng)期弱磁運(yùn)行必須采用特殊的弱磁方法。由于伺服系統(tǒng)不需要工作在弱磁區(qū)，所以，本文采用了軸電流為零的矢量控制方案。3 DSP在電機(jī)控制中的應(yīng)用3.1 DSP芯片的基本特征 數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal

17、Prcessor)，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器。自1979 年誕生以來(lái)，短短二十年時(shí)間，DSP顯示了巨大的應(yīng)用潛力，在信號(hào)處理、通信、語(yǔ)言、圖形圖像、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、家用電器等領(lǐng)域 ，得到廣泛的應(yīng)用，起著不可替代的作用 ，其主要應(yīng)用特點(diǎn)是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。DSP一般具有如下一些特點(diǎn) ： (1)在一個(gè)指令周期可完成一次乘法和一次加法； (2)程序和數(shù)據(jù)空間分離，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)； (3)片具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)； (4)具有低開(kāi)銷(xiāo)或大開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)與跳轉(zhuǎn)的硬件支持； (5)具有在單周期操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器，可

18、以并行執(zhí)行多個(gè)操作；支持流水線操作，使取值、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，DSP的高速計(jì)算能力顯示了比一般微處理器更多的優(yōu)點(diǎn) ，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用DSP的高速計(jì)算能力可以增加采樣速度和完成復(fù)雜的信號(hào)處理和控制算法，Kalman濾波、自適應(yīng)控制矢量控制 、狀態(tài)觀測(cè)器等復(fù)雜算法利用 DSP芯片可以方便地實(shí)現(xiàn)。DSP的信號(hào)處理能力還可用來(lái)減少位置、速度、磁通等傳感器，無(wú)傳感器運(yùn)行之所以成為可能。在自適應(yīng)系統(tǒng)中，系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)變量通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器的計(jì)算可采用DSP有效地實(shí)現(xiàn)。同樣，由于高運(yùn)算速度，DSP也可有效地用于神經(jīng)之網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯化地運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，DSP

19、的高速能力還可以消除噪聲污染和不精確的輸入與反饋信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)要求速度較快的 PWM控制算如空間矢量算法。3.2 TMS320F2812A DSP的基本特性 3.2.1 DSP是一種特殊用途的單片機(jī)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示數(shù)據(jù)RAM 544字程序ROM/FLASH 16K字程序/數(shù)據(jù)/I/O總線外設(shè)總線 3個(gè)定時(shí)器 9個(gè)比較單元12個(gè)PWM輸出死區(qū)控制器件 4個(gè)輸入捕獲正交編碼脈沖控制 7個(gè)8位I/O口看門(mén)狗定時(shí)器 SPI串口 SCI串口 A/D轉(zhuǎn)換器8路12位A/D轉(zhuǎn)換器8路12位A/D轉(zhuǎn)換器16位寄存器16位桶式左移移位 16*6乘法器器 32位寄存器左移移位器32位ALU 32位累加器 左移移位

20、器3個(gè)輔助寄存器 8層硬件堆棧重復(fù)計(jì)數(shù)器2個(gè)狀態(tài)寄存器 事件管理器3.2.2 核概述TMS320F2812DSP核采Harvard結(jié)構(gòu)體系,即相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線，提供了片程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 、運(yùn)算單元、一個(gè)32位算術(shù)邏輯單元 、一個(gè)32位累加器、一個(gè)16位乘法器和一個(gè)16位桶形移位器組成,體系采取串行結(jié)構(gòu)，運(yùn)用流水線技術(shù)加快程序的運(yùn)行 ，可在一個(gè)處理周期完成乘法加法和移位計(jì)算,其核計(jì)算速度為 20MIPs(一個(gè)指令周期為 50 ns)。外設(shè)有 AD轉(zhuǎn)換大容量存儲(chǔ)器，l6位和32位的定時(shí)器比較單元、捕獲單元、PWM波形發(fā)生器、高速異同步串行口和獨(dú)立可編程復(fù)用IO等組成，其過(guò)三個(gè)通用定時(shí)器和九

21、個(gè)比較器的結(jié)合產(chǎn)生多達(dá)l2路的PWM輸出結(jié)合靈活的波形發(fā)生邏輯和死區(qū)發(fā)生單元能生成對(duì)稱(chēng)、不對(duì)稱(chēng)以與帶有死區(qū)時(shí)間的空間矢量 PWM波形DSP芯片中集成的這些功能大大簡(jiǎn)化了整個(gè)控制系統(tǒng)。此外,該DSP還具有快速的中斷處理能力，與硬件尋址控制、數(shù)據(jù)指針逆序?qū)ぶ返榷喾N特有的功能，將有利于TMS320F2812A在電機(jī)控制中的作用。3.2.3 DSP在電機(jī)控制中的應(yīng)用 TMS320F2812A是典型的集成DSP電機(jī)控制器，已廣泛運(yùn)用于三相交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等全數(shù)矢量控制的系統(tǒng)中，都可獲得較為理想的控制效果。TMS320F2812A芯片特別適合于電機(jī)控制，主要得力于其功能強(qiáng)大的事

22、件管理器，事件管理器具有分為十等優(yōu)先級(jí)的四十個(gè)中斷，其中的非法地址訪問(wèn)中斷(Illegal Address)能夠在程序“跑飛”的情況下復(fù)位芯片；PWM封鎖中斷(PDPINT)能夠在電機(jī)控制異常的情況下封鎖 PWM輸出，保證了系統(tǒng)故障性處理的實(shí)時(shí)性。事件管理器還提供了三個(gè)功能強(qiáng)大的l6位定時(shí)器 GP TIMERx(x=l，2，3)，三者可以互相獨(dú)立，也可級(jí)聯(lián)使用，可以多種方式產(chǎn)生l2路PWM信號(hào)。DSP控制流程圖如下所示 ：系統(tǒng)初始化模塊等待中斷外部中斷處理模塊 磁極位置檢測(cè)電流采樣處理格式 速度采樣 處理格式 電流模塊 運(yùn)算位置、速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器SVPWM模塊運(yùn)算定時(shí)器下溢中斷處理模塊3

23、.3 DSP在電機(jī)矢量控制中所起的作用(1)接收由光學(xué)編碼器輸入的兩相增量數(shù)字脈沖信號(hào) A、B； a將兩相信號(hào)進(jìn)行四倍頻； b形成位置信號(hào) C形成速度信號(hào) d根據(jù)兩相信號(hào)邊沿變化的先后次序，判別電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。 (2)根據(jù)光學(xué)編碼器輸人的信號(hào) A、B、U、V、W粗略確定和精確確定轉(zhuǎn)子磁極軸線相對(duì)于A相繞組軸線的轉(zhuǎn)角。 (3)速度比較，并給出轉(zhuǎn)矩參數(shù)數(shù)據(jù)與作校正補(bǔ)償計(jì)算。 (4)接受模擬量的實(shí)際的三相電流，并將其作數(shù)字化處理，然后作三相兩相變換。 (5)將電流命令信號(hào)與實(shí)際電流相比較，然后進(jìn)行校正補(bǔ)償處理，作三相兩相變換。最后確定PWM的脈寬系數(shù)，進(jìn)而輸出六路信號(hào)至功放級(jí)。 (6)接受故障信號(hào)，執(zhí)

24、行中斷，首先切斷主電源，并同時(shí)中斷PWM輸出，發(fā)出中斷命令，同時(shí)進(jìn)行故障診斷，判別并輸出故障種類(lèi)信號(hào)至顯示電路。3.4 基于DSP的交流PMSM伺服系統(tǒng) 以TMS320F2812A為控制核心，以智能控制模塊(IPM)為功率變換裝置，設(shè)計(jì)了一套完整的基于DSP的PMSM全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 整個(gè)系統(tǒng)由軟件、硬件兩大部分組成。系統(tǒng)軟件主要功能有:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)、矢量變換、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置估算、電壓空間矢量控制、與上位機(jī)通訊等。TMS320F2812A是電機(jī)專(zhuān)用控制DSP，它集成了相當(dāng)多的電機(jī)控制外圍電路，這使得系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單。硬件部分主要包括:DSP最小系統(tǒng)、人

25、機(jī)接口、整流逆變裝置、電流檢測(cè)和電平變換、光電碼盤(pán)信號(hào)采集、系統(tǒng)保護(hù)等。 圖3-1 PMSM矢量控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在以往，工業(yè)控制中主要是由單片機(jī)承擔(dān)控制核心的任務(wù)。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展和控制要求的提高，越來(lái)越多的工業(yè)控制產(chǎn)品采用 DSP芯片。目前，美國(guó)的TI公司、Motorola公司、AD公司都推出了專(zhuān)用于電機(jī)控制的DSP。這一高度集成化的器件代表了傳統(tǒng)微處理器與通用DSP處理器方案的重大突破，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速控制更為簡(jiǎn)單易行。與其它方案相比，以DSP為核心的伺服系統(tǒng)提供了更好的電機(jī)性能、更低的能耗、更高的可靠性與靜音運(yùn)行。此類(lèi)專(zhuān)用芯片具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，并集成了電機(jī)控制

26、的外圍設(shè)備，使設(shè)計(jì)者只需外加較少的硬件設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)降低系統(tǒng)費(fèi)用，大大提高了性?xún)r(jià)比。目前，使用最多的電機(jī)專(zhuān)用控制DSP是TMS320X2812, X是C或F，視其是否采用了FLASH存儲(chǔ)器。TMS320X2812是美國(guó)TI公司推出的高性能16位數(shù)字信號(hào)處理器。它是專(zhuān)門(mén)為電機(jī)的數(shù)字化控制設(shè)計(jì)的，特別適用于電機(jī)的高性能控制。4.1 TMS320F2812A的主要技術(shù)特性如下:(1)以T320C2XLP為核，配合哈佛結(jié)構(gòu)和四級(jí)流水線作業(yè)設(shè)計(jì)，指令執(zhí)行速度很快。在20MHz的部時(shí)鐘頻率下，指令周期僅為50ns(2)存儲(chǔ)器。544 x 16位片數(shù)據(jù)編程尋址RAM. 16K

27、字片可編程ROM或閃速存儲(chǔ)器，最大可尋址空間為224K字。(3)事件管理器模塊 (EV)。 3個(gè)16位通用定時(shí)器，可工作于6種模式。脈沖寬度調(diào)制電路，它由空間向量PWM電路、死區(qū)發(fā)生器和輸出邏輯電路組成，可提供12路PWM輸出。正交脈沖編碼電路可用于速度和位置檢測(cè)。(4)其它片外設(shè)。雙通道共32路A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換精度為12位，轉(zhuǎn)換時(shí)間可編程設(shè)置，最短為。56腳可獨(dú)立編程復(fù)用I/0口。基于鎖相環(huán)(PLL)的時(shí)鐘模塊使外部只要具有2-32M.晶體振蕩器即可產(chǎn)生所需的CPU時(shí)鐘。SCI串行通訊模塊可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通訊。SPI外圍設(shè)備接口模塊。(5)靈活簡(jiǎn)潔的指令集?？稍趩沃芷谕瓿?16X 1

28、6位乘法運(yùn)算和后續(xù)的加、減操作。(6)四種低功耗運(yùn)行模式，采用基于JTAG掃描的仿真技術(shù)。(7)中斷資源豐富，提供了三種8級(jí)可屏蔽中斷，外部中斷為邊沿中斷。4.2 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖見(jiàn)圖4-1 PC機(jī)數(shù)據(jù)觀測(cè)起停控制保護(hù)信號(hào)D/A PWMSCI 死區(qū) A/D PD PINT DSP I/O總線 核心 CAP數(shù)據(jù) I/0 XINT QEP 增量式碼盤(pán)絕對(duì)式碼盤(pán)偏置電路光電隔離電流傳感器逆變器 圖4-1 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖 4.3 電流檢測(cè) DSP提供了兩個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可實(shí)現(xiàn)最多32路模擬信號(hào)采集。兩個(gè)A/D模塊可同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證了被采集量的同相位。本系統(tǒng)應(yīng)

29、用AD模塊完成兩相定子電流的采集。由于該模塊只允許0-5V的模擬輸入信號(hào)，因此需要對(duì)霍爾元件的檢測(cè)量進(jìn)行放大和電平遷移。4.4 轉(zhuǎn)速測(cè)量和轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè) 由于 DSP提供了豐富并且實(shí)用的片上外設(shè)資源，所以與常見(jiàn)的處理方法相比，本系統(tǒng)的外部硬件電路只需對(duì)碼盤(pán)的反饋信號(hào)進(jìn)行隔離放大，后續(xù)的計(jì)算全部由DSP實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。用于位置和速度測(cè)量的DSP外部接線如圖4-2,圖中PCA, PCB是從混合碼盤(pán)上引出的增量式光電脈沖信號(hào)，兩路信號(hào)相位相差90度。C1, C2, C4, C8為從混合碼盤(pán)得到的反映電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕對(duì)位置的光電信號(hào)，按格雷碼規(guī)律變化，下面簡(jiǎn)稱(chēng)為格雷碼信號(hào)。隔離放大

30、環(huán)節(jié)對(duì)光電脈沖信號(hào)進(jìn)行整形放大。 整形后的信號(hào)，PCA連接到DSP的CAP1, CAP3管腳，PCB連接到CAP2,CAP4管腳。格雷碼信號(hào)C1,C2,C4,C8分別接到DSP的4個(gè)通用IO端口IOPAO,IOPA1, IOPA2, IOPA3。 Cl同時(shí)還連接到外部中斷檢損組管腳XINT2和XINT3 。C1變化頻率是C2的一倍，是C2, C4的四倍。C2, C4同頻率，但相位相差90度。 D S P 混合碼盤(pán) 隔離放大CAP4CAP3CAP2CAP1IOPA3IOPA2IOPA1 IOPA0XINT3 XINT2 PCB PCA C8 C4 C2 C1 圖4-2 伺服系統(tǒng)速度和轉(zhuǎn)子位置測(cè)量

31、外部接線4.5 系統(tǒng)主回路 交流伺服控制的主電路主要是由電力半導(dǎo)體器件組成，在交流伺服控制器的主回路中，電力半導(dǎo)體器件以開(kāi)關(guān)方式工作。電力電子器件發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段:晶閘管階段;門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)和大功率晶體管(GTR)階段;絕緣門(mén)極晶體管(IGBT)階段。近些年來(lái)國(guó)外廠家推出智能功率模塊(IPM)，并為許多用戶(hù)接受。 本系統(tǒng)的主回路采用智能功率模塊(IPM)構(gòu)成變頻裝置，IPM的主要特點(diǎn)有: (1)、它是先進(jìn)的混合集成功率器件，由高速、低耗 IGBT芯片和優(yōu)化的門(mén)極驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路構(gòu)成。 (2)、實(shí)現(xiàn)高效的過(guò)流和短路保護(hù)。IPM還集成了過(guò)熱和欠壓鎖定保護(hù)電路，系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步提高

32、。IPM在故障情況下的自保護(hù)能力，減低了器件在開(kāi)發(fā)和使用中過(guò)載損壞機(jī)率。 (3)、IPM集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都比較低，因此散熱器減小，從而也減小了系統(tǒng)尺寸。 (4)、本論文所設(shè)計(jì)的主電路如圖4-3所示，IPM模塊采用日本三菱公司生產(chǎn)的七合一模塊，采用電壓空間矢量PWM (SVPWM)變頻調(diào)速方法。 三相空氣開(kāi)關(guān)QF1，對(duì)其后元件或電路的短路起到保護(hù)作用 。并聯(lián)的三個(gè)壓敏電阻RV1, 2, 3，對(duì)輸入浪涌電壓有一定限制作用。接觸器 KM，其三個(gè)主觸點(diǎn)用來(lái)控制電源的通斷，由一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)用來(lái)作為準(zhǔn)備好應(yīng)答信號(hào)，還有兩個(gè)常閉觸點(diǎn)用來(lái)緊急停止時(shí)，接通電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線上的兩個(gè)制動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)能

33、耗制動(dòng)。PWM變換器主電路的直流電源是三相全波整流電源，因整流器不允許電流流逆向流動(dòng)，所以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由高速到低速的過(guò)程中，拖動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量不可能通過(guò)變流器回饋給電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容器 C2充電。這種因回饋能量使電源瞬時(shí)升高的電壓稱(chēng)“泵升電壓”。泵升電壓會(huì)過(guò)高會(huì)影響并聯(lián)在母線上的所有器件的正常工作，甚至可能燒毀器件，故必須采取措施加以限制。圖中的二極管D1、二極管D2、電阻R1和功率三極管VT構(gòu)成了放電保護(hù)電路。 圖4-3 主電路結(jié)構(gòu)原理圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 數(shù)字調(diào)節(jié)器對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，要求每個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都應(yīng)該加限幅。為避免突加給定和工況突然變化時(shí)調(diào)節(jié)器輸出值變化過(guò)于劇烈導(dǎo)致系統(tǒng)定子過(guò)壓、

34、過(guò)流，本系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)字PI調(diào)節(jié)器具有輸出限幅功能，結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。給定量誤差e反饋值u輸出 輸出調(diào)節(jié) 圖5-1 PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖PI調(diào)節(jié)器工作原理如下:e(K)= 式(5-1)u(K)= 式(5-2) 式(5-3)u(K) 式(5-4) 式(5-5) 式(5-6)其中是比例系數(shù),是積分系數(shù),是PI調(diào)節(jié)器的限幅誤差,在計(jì)算中反饋給控制調(diào)節(jié)器積分量,使調(diào)節(jié)器與時(shí)退飽和,.5.2 電壓空間矢量 SVPWM 電壓空間矢量控制把逆變器和電機(jī)視為一體,按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制PWM電壓.SVPWM方法能夠大大提高電壓利用率,并有良好的諧波特性。-ABCV1V4V3V6V5V2電機(jī) 圖5-2 電壓源型

35、逆變器示意圖三相電壓源型逆變器一般由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成，如上圖所示。將上橋臂和下橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)1表示，關(guān)斷狀態(tài)用0表示。由于逆變器的上下橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)，所以用上橋臂的三個(gè)開(kāi)關(guān)功率器件來(lái)表示逆變器的工作狀態(tài)。功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)共有八種組合，分別為；。其中和為零矢量，其余六個(gè)矢量將電壓空間分為六個(gè)扇區(qū)。通過(guò)八個(gè)電壓空間矢量的線性組合可以得到一組等幅異相的電壓空間矢量，獲得一個(gè)逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 在任意一個(gè)的采樣周期通過(guò)選擇基本電壓矢量進(jìn)行電流控制時(shí)，基本電壓矢量的作用順序必須從零矢量開(kāi)始，并以零矢量結(jié)束。164532 圖5-3 基本電壓空間矢量5.3 確定參考電壓矢量所在扇區(qū)5.3.1

36、 首先將參考電壓從 坐標(biāo)系按下式轉(zhuǎn)變到三相靜止坐標(biāo)系。 式（5-7） 其中是參考電壓在坐標(biāo)系下的分量，為參考電壓在三相靜止坐標(biāo)系下的分量。， ， 式（5-8） 扇區(qū)號(hào)=A+2B+4C 式（5-9）5.3.2 根據(jù)參考電壓所在扇區(qū)，選擇兩個(gè)參考電壓矢量相鄰的基本電壓矢量，并計(jì)算在采樣周期T這兩個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間。設(shè)定，。按下式計(jì)算出三個(gè)中間變量X、Y、Z，然后根據(jù)表（5-1）即可得。 式（5-10）表（5-1）給出了X、Y、Z和的對(duì)應(yīng)關(guān)系 1 2 3 4 5 6 t1 Z Y -Z -X X -Y t2 Y -X X Z -Y -Zsector 表（5-1）X、Y、Z和的對(duì)應(yīng)關(guān)系5.4 更新全

37、比較單元比較寄存器，實(shí)現(xiàn)SVPWM輸出 由上面計(jì)算，通過(guò)下式可得 式（5-11） 其中PWMPRD=T/2，T是采樣周期，然后按表（5-2）更新相應(yīng)的比較寄存器 1 2 3 4 5 6CMP1 tbon taon taon tcon tcon tbonCMP2 taon tcon tbon tbon taon tconCMP3 tcon tbon tcon taon tbon taon扇區(qū)寄存器 表（5-2）比較寄存器更新原則下圖給出了參考電壓矢量在第三扇區(qū)時(shí)PWM的輸出情況，在其他扇區(qū)的情況與其相似，其中是零矢量的作用時(shí)間。 圖5-4 參考電壓矢量在第三扇區(qū)時(shí)PWM的輸出情況 5.5 轉(zhuǎn)子磁

38、極位置檢測(cè)和速度檢測(cè) 根據(jù)PMSM的矢量控制原理可知,高精度的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)和速度檢測(cè)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)有著重要的意義,直接影響系統(tǒng)的性能。而基于DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)和速度檢測(cè)方法充分利用了DSP資源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能可靠，與傳統(tǒng)方法相比簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能的價(jià)格比。5.5.1 DSP部資源分配 在DSP的三個(gè)定時(shí)器中，TIMER1用作定時(shí)器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用來(lái)控制電流環(huán)采樣周期、計(jì)算周期和速度環(huán)計(jì)算周期。TIMER2工作于比較模式用來(lái)產(chǎn)生比較中斷實(shí)現(xiàn)M/T法速度檢測(cè)。TIMER3用作計(jì)數(shù)器，工作模式設(shè)定為雙向循環(huán)計(jì)數(shù)，配合QEP電路，對(duì)四倍后的光電脈沖信號(hào)

39、進(jìn)行加、減計(jì)數(shù)。 TMS320F2812的CAP1和CAP2管腳是復(fù)用管腳，可用于俘獲單元或QEP電路，在本系統(tǒng)中用于QEP電路，在DSP部進(jìn)行四倍頻，定時(shí)器3計(jì)數(shù)寄存器（T3CNT）對(duì)四倍頻后的信號(hào)進(jìn)行累加或累減計(jì)數(shù)。當(dāng)進(jìn)行累加操作時(shí)寄存器GPTCON的最高位自動(dòng)置1，反之清0，是加運(yùn)算還是減運(yùn)算由電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定，由此可認(rèn)為GPTCON的最高位體現(xiàn)了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。CAP3和CAP4用作俘獲單元，在軟件中將其定義為檢測(cè)脈沖的雙邊沿，當(dāng)有邊沿來(lái)臨，無(wú)論是上升沿還是下降沿都觸發(fā)外部中斷。 C1連接到硬件中斷檢測(cè)管腳XINT2和XINT3上，XINT2負(fù)責(zé)檢測(cè)C1信號(hào)的上升沿，XINT3負(fù)責(zé)檢

40、測(cè)C1的下降沿，每當(dāng)檢測(cè)到C1邊沿就觸發(fā)一個(gè)外部中斷。因?yàn)镃1、C2、C4、C8被連接到I/O端口A的低四位引腳，因此通過(guò)讀I/O端口A即可確定格雷碼信號(hào)當(dāng)前值。5.5.2 M/T法測(cè)速 速度檢測(cè)的精度直接限制了伺服系統(tǒng)的性能，而采用增量式光電碼盤(pán)作為速度檢測(cè)器件具有一系列優(yōu)點(diǎn)，包括輸出天然的數(shù)字量，容易和數(shù)字電路匹配，高精度；可以做到很高的分辨率，有可以做到大量程的工作圍；抗干擾能力強(qiáng)；信號(hào)處理電路簡(jiǎn)單、容易、慣量小。 基于光電碼盤(pán)基礎(chǔ)上的數(shù)字測(cè)速法有M法、T法、M/T法。其中M法是用計(jì)數(shù)裝置記取時(shí)間間隔光電碼盤(pán)輸出的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算速度。該方法由于低速時(shí)脈沖數(shù)少，在低速運(yùn)行時(shí)檢測(cè)精度低。而T法

41、采用記時(shí)器記取碼盤(pán)信號(hào)相鄰的兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算速度，該方法由于高速時(shí)間脈沖時(shí)間間隔很短，在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)很不方便。而M/T法兼有M法和T法的優(yōu)點(diǎn)，在高速和低速段都具有較高的分辨率。 設(shè)所用測(cè)速碼盤(pán)每轉(zhuǎn)產(chǎn)生個(gè)脈沖，在測(cè)速時(shí)間時(shí)間，測(cè)速脈沖記數(shù)值為m1，時(shí)間基準(zhǔn)脈沖為m2，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為： ，其中為時(shí)間基準(zhǔn)脈沖頻率。 實(shí)現(xiàn)M/T法測(cè)速的關(guān)鍵是測(cè)量m1和m2，用定時(shí)器2充當(dāng)高頻脈沖源，時(shí)鐘周期設(shè)定為0.8，定時(shí)器2計(jì)數(shù)寄存器（T2CNT）累計(jì)m2，定時(shí)器3計(jì)數(shù)寄存器（T3CNT）負(fù)責(zé)累計(jì)測(cè)速光電脈沖和計(jì)算m1，其速度檢測(cè)精度達(dá)到0.1轉(zhuǎn)/分鐘。測(cè)速脈沖的個(gè)數(shù)m1時(shí)基脈沖的個(gè)數(shù)m2 圖5-5

42、M/T法測(cè)速原理5.5.3 轉(zhuǎn)子磁極位置計(jì)算 為了提高系統(tǒng)的性能,采用粗精結(jié)合的轉(zhuǎn)子磁極位置測(cè)量方法,即是用格雷碼信號(hào)進(jìn)行粗定位,再用增量式光電脈沖信號(hào)進(jìn)行精定位。以一極電機(jī)為例，單獨(dú)利用4個(gè)格雷碼信號(hào)測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周生成16個(gè)絕對(duì)位置信息，每?jī)蓚€(gè)相鄰位置之間相差22.5度，位置檢測(cè)誤差可達(dá)到22.5度。單獨(dú)應(yīng)用增量式碼盤(pán)，無(wú)法進(jìn)行初始定位，且在累加過(guò)程中誤差不斷累計(jì)必然導(dǎo)致矢量解耦條件破壞，從而造成系統(tǒng)失控。為了克服上述問(wèn)題，將轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)分兩部分處理：永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的初始定位通過(guò)讀取格雷碼信號(hào)獲得，最大檢測(cè)誤差為11.25度，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，第一個(gè)C1邊沿到來(lái)后，系統(tǒng)進(jìn)入精確定位狀態(tài)。精確定位應(yīng)用格雷碼信號(hào)確定8個(gè)精確的轉(zhuǎn)子磁極位置，并用這8個(gè)精確的轉(zhuǎn)子磁極位置將一個(gè)電角度周期劃分為8個(gè)區(qū)間，每一個(gè)區(qū)間的初始位置就是格雷碼信號(hào)C1發(fā)生變化的位置。格雷碼信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示，當(dāng)格雷碼信號(hào)由1000變?yōu)?001時(shí)C1的邊沿發(fā)生跳變，觸發(fā)中斷，表明電機(jī)位置